汇编 （2）寄存器 （cpu工作原理）

一. CPU概述

一个典型的CPU由运算器、控制器、寄存器等器件组成，这些器件靠内部总线相连

• 内部总线实现CPU内部各个器件之间的联系
• 外部总线实现CPU和主板上其它器件的联系

二. 寄存器概述

拿8086cpu为例，他有14个寄存器 它们的名称为：
AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW

2.1 通用寄存器

• 8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放两个字节
• AX、BX、CX、DX 通常用来存放一般性数据被称为通用寄存器
• 一个16位寄存器可以存储一个16位的数据
• 一个16位寄存器所能存储的数据的最大值为2的16次方-1
  

一个二进制数据10010 在16位寄存器存放

8086上一代CPU中的寄存器都是8位的，为保证兼容性，这四个通用寄存器都可以分为两个独立的8位寄存器使用：

• AX可以分为AH和AL
• BX可以分为BH和BL
• CX可以分为CH和CL
• DX可以分为DH和DL

以AX通用寄存器为例，8086CPU的16位寄存器分为两个8位寄存器的情况：

• AX的低8位（0位~7位）构成了AL寄存器，高8位（8位~15位）构成了AH寄存器。
• AH和AL寄存器是可以独立使用的8位寄存器

一个 十进制值 20000在两个8位寄存器中存放：

2.2 字在寄存器中的存储

说明
每个寄存器是一个字，每个字占16位二进制位，每个字节占8个二进制位，一个字占两个字节，这个字的高位字节和低位字节自然就存在这个寄存器的高8位寄存器和低8位寄存器中

三. 简单的汇编指令

注意：汇编指令不区分大小写!!

四. 物理地址

CPU访问内存单元时要给出内存单元的地址。所有的内存单元构成的存储空间是一个一维的线性空间，我们将这个唯一的地址称为物理地址
概括的讲，16位结构描述了一个CPU具有以下几个方面特征

1. 运算器一次最多可以处理16位的数据。
2. 寄存器的最大宽度为16位
3. 寄存器和运算器之间的通路是16位的

8086CPU有20位地址总线，他的可传送20位地址，寻址能力为1M，他的内部为16位结构，它只能传送16位的地址，表现出的寻址能力却只有64K。
问题来了，8086CPU如何用内部16位的数据转换成20位的地址呢？

答：CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址~

8086CPU读写内存时:

1. CPU中的相关部件提供两个16位的地址，一个称为段地址，另一个称为偏移地址
2. 段地址和偏移地址通过内部总线送入一个称为地址加法器的部件
3. 地址加法器将两个16位地址合并成一个20位的地址
4. 地址加法器合成物理地址的方法 -> 物理地址 = 段地址×16 + 偏移地址

例如：
8086CPU访问地址为123C8H的内存单元

五. 地址加法器实现 段地址x16

“段地址×16”有一个更为常用的说法就是 段地址的二进制位左移4位

七. 段

7.1 段的概念

错误认识：

• 内存被划分成了一个一个的段，每一个段有一个段地址

其实，内存并没有分段，段的划分来自于CPU，由于8086CPU用 “段地址×16+偏移地址=物理地址” 的方式给出内存单元的物理地址，使得我们可以用分段的方式来管理内存

编程时可以根据需要，将若干地址连续的内存单元看作一个段，用 段地址×16定位段的起始地址（基础地址）加偏移地址定位段中的内存单元

• 段地址×16 必然是 16的倍数，所以一个段的起始地址也一定是16的倍数；
• 偏移地址为16位，16 位地址的寻址能力为 64K，所以一个段的长度最大为64K

学到这里得到两个公式 设 段地址为 SA 偏移地址为EA

• (SA x 16) + EA = 物理地址
• 0 ≤ EA ≤ 16位 （二进制）
• 0 ≤ EA ≤ 64K （十进制）
• 0 ≤ EA ≤ ffff（十六进制）

题目1：给定段地址为0001H，仅通过变化偏移地址寻址，CPU的寻址范围为___到___

• 根据公式 可以得出 段地址的内存范围为(0001h*16+0h)~(0001h*16+ffffh) 即=0010h ~1000fh 之间

题目2：有一数据存放在内存20000H单元中，现给定段地址为SA，若想用偏移地址寻到此单元。则SA应满足的条件是：最小为___，最大为 ___

• 公式：20000h＝SA*16+EA，SA=(20000h-EA)/16
• EA取最大值时SA就是 最小值： SA=2000h-ffffh/16=1001h
• EA取最小值时SA就是 最大值： SA=2000h-0h/16=2000h

7.2 段寄存器

段内存地址是存放在段寄存器中的

拿8086CPU来举例，他有有4个段寄存器：
CS、DS、SS、ES

当8086CPU要访问内存时，由这4个段寄存器提供内存单元的段地址

CS寄存器和IP寄存器是8086CPU中最关键的两个寄存器，它们指示了CPU当前要读取指令的地址：

• CS为代码段寄存器；

• IP为指令指针寄存器 （偏移地址）

• 在 8086CPU 加电启动或复位后（ 即 CPU刚开始工作时）CS和IP被设置为CS=FFFFH，IP=0000H

• CPU从何处执行指令是由CS、IP中的内容决定的，程序员可以通过改变CS、IP中的内容来控制CPU执行目标指令