8086CPU寄存器-优快云博客

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第二章寄存器

第二章寄存器

一个典型的CPU由运算器，控制器，寄存器等器件构成，这些器件靠内部总线连接（前一章的总线相对CPU内部是外部总线）

CPU中：运算器进行信息处理；寄存器进行信息存储；控制器控制器件工作；内部总线连接器件并进行数据传送

对汇编程序员来说，CPU中主要部件是寄存器，因为寄存器可以通过指令读写，进而实现对CPU的控制
8086CPU有14个寄存器：AX,BX,CX,DX,SI,DI,SP,BP,IP,CS,SS,DS,ES,PSW

2.1 通用寄存器

8086所有的寄存器都是16位的，可以存放两个字节；AX、BX、CX、DX这四个寄存器用来放一般性的数据，被称为通用寄存器

一个16位寄存器可以存放一个16位的数据
8086CPU上一代CPU寄存器都是8位的，为了保证兼容，AX、BX、CX、DX这四个寄存器可以分为两个可以独立使用的8位寄存器使用（16=8+8）

2.2 字在寄存器中的存储

8086CPU可以一次性处理以下两种尺寸的数据：

字节：Byte，一个Byte由8个bit组成，可以存放在8位寄存器中
字：word，一个word由2个Byte组成，分别称为高位字节和低位字节

一个字型数据存放在AX寄存器中，AH存储高8位，AL存储低8位

AH和AL中的数据既可以看成一个字型数据的高8位和低8位
也可以看成两个独立的字节型数据

2.3 几条汇编指令

在写一条汇编指令或一个寄存器的名称时不区分大小写

问题2.1：指令执行后AX中数据是多少？

ax是16位寄存器，只能存放4位十六进制数据，最高位的1不能在ax中保存，AX中数据位044CH

问题2.2：指令执行后AX中的值是多少？

al是8位寄存器，只能存放2位16进制数据，最高位的1丢失（不能在8位寄存器中保存，不是CPU真丢弃这个值），add al，93h进行的是8位运算

2.4 物理地址

CPU访问内存单元时要给出内存单元的地址，所有内存单元构成的空间是一个一维线性空间

每一个内存单元在这个空间中都有唯一的地址，这就是物理地址
CPU通过==地址总线送入存储器的必须是一个的内存单元的物理地址==

送入存储器之前，CPU内部会先形成一个物理地址

2.5 16位结构的CPU

8086是16位结构的CPU，什么是16位结构的CPU呢？有以下的结构特性

运算器一次最多可以处理16位的数据
寄存器最大宽度为16位
寄存器和运算器之间的通路为16位

内存单元的地址在送上地址总线之前，必须在CPU中处理、传输、暂时存放

2.6 8086CPU给出物理地址的方法

8086CPU有20位地址总线，可以传送20位地址，达到1MB的寻址能力
但8086CPU是16位架构，内部一次处理，传输，暂时存储的地址只有16位，表现出的寻址能力只有64KB

8086CPU在内部用两个16位地址形成一个20位的物理地址，通过地址加法器实现

以下8086CPU读写内存的过程非常重要，一定熟读多次并理解记忆：

CPU中相关部件给出两个16位地址，一个为段地址，一个为偏移地址
段地址和偏移地址通过内部总线送入地址加法器
两个16位地址被合成一个20位物理地址
输入输出控制电路将20位物理地址送上地址总线
20位物理地址被地址总线传送到存储器

地址加法器合成物理地址：物理地址=段地址*16+偏移地址

“段地址*16”也会被称为左移四位，这里的位是二进制的位

我们可以发现：

一个数据的二进制形式左移一位相当于该数据乘2
二进制形式左移N位相当于该数据乘 $2^n$
地址加法器完成段地址*16就是通过左移四位得到的

我们可以用常用的十进制形式再想想：

一个数据的十进制形式左移一位相当于乘10（这个应该是比较好理解的）
那么一个数据的十六进制形式左移一位相当于乘16
一个X进制是数据左移一位相当于乘X

2.7 ”段地址*16+偏移地址=物理地址“的本质含义

本质含义就是：CPU在访问内存时，用一个基础地址（段地址*16）和一个相对于基础地址的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址（这里讨论是具体的8086CPU的段地址和偏移地址的本质含义，不是归纳总结）
8086CPU中，段地址*16可看作是基础地址

第一个比喻：说明“基础地址+偏移地址=物理地址”

第二个比喻：纸条通信但有限制

我们现在不能写四位纸条（或者就说8086CPU不会直接写“四位数纸条”），就通过两张三位纸条来表达超出三位纸条本身更多的信息

2.8 段的概念

首先明确：内存没有分段，段的划分来自于CPU
8086给出物理地址的方法是：基础地址(段地址*16)+偏移地址=物理地址，让我们可以用分段的方式管理内存

认为10000H~100FFH组成一个段，起始地址(基础地址)为10000H，段地址为1000H(左移一位为起始地址)，大小为100H
也可以认为：10000H~10007FH、10080H-100FFH的内存单元组成两个段；起始地址为10000H和10080H，段地址为：1000H和1008H，大小都为80H

段地址*16必然是16的倍数，所以一个段的起始地址必须是16的倍数
偏移地址为16位，16位的寻址能力为64KB，一个段的最大长度为64KB

CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址
给定一个段地址，仅通过变化偏移地址来寻址，最多可定位64KB个内存单元

数据在21F60H内存单元中，一般是不这么说的，而是：

数据存在内存2000：1F60单元中
数据存在内存2000H段中的1F60H单元中

这两种说法都体现出了8086CPU通过两个16位地址合成一个20位物理地址的“特点”

2.9 段寄存器

段地址在8086CPU中的段寄存器中存放
8086CPU有四个段寄存器：CS、DS、SS、ES

2.10 CS和IP

CS是代码段寄存器，IP为指令指针寄存器

任何时刻，设CS中内容为M，IP中内容为N，8086CPU从内存：M*16+N开始读取一条指令并执行

8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当成指令来执行

8086CPU的工作过程如下：

从CS：IP指向的内存读取指令（地址加法器、输入输出控制电路），将指令送入指令缓冲器
IP=IP+读取指令的长度，然后就会指向下一条指令
执行指令后重复上述步骤

8086CPU在上电启动或复位后，CS和IP会被设置为：CS=FFFFH，IP=0000H，所以FFFF0H单元中的指令是8086PC机开机后执行的第一条指令

2.11 修改CS、IP的指令

CPU中，我们能用指令读写的部件只有寄存器
可以通过改变寄存器中的内容实现对CPU的控制
CPU执行的指令是由CS、IP中的值决定的

MOV指令被称为传送指令，但8086PC机不支持用MOV指令来修改CS:IP中的值

;想同时修改CS、IP中的内容，可用形如“jmp 段地址：偏移地址来完成”

jmp 2AE3:3   ;执行后，CS=2AE3H，IP=0003H，CPU从2AE33H处读取指令
jmp 3:0B16   ;执行后，CS=0003H，IP=0B16H，CPU从2AE33H处读取指令

JMP 段地址：偏移地址的功能为：用指令中的段地址修改CS，偏移地址修改IP

; 若想只修改IP的内容，可以用“jmp 某一合法寄存器”完成
jmp ax
jmp bx

”jmp 某一合法寄存器“的功能为：用寄存器的值修改IP
我们可以这么理解（但是二者不等价）：jmp ax和mov IP，ax 这两条的指令的意思意义（但后者不能代替前者）

;问题2.3 CPU初始状态为：CS=2000H，IP=0000H
mov ax,6622H
jmp 1000:3
mov ax,0000
mov bx,ax
jmp bx
mov ax,0123H
mov ax,0000   ;回去了
mov bx,ax
jmp bx
mov ax,0123H  ;又回去了

2.12 代码段

对于8086PC机，我们可以根据需要将一组内存单元定义一个段

我们可以将长度为N（N<=64KB）的一组代码，存放在一组地址连续，起始地址为16的倍数的内存单元中，可以认为这段内存是来存放代码段，定义了一个代码段
但是我们要是想要代码段中的指令被执行，必须使得CS：IP的值指向第一条指令的首地址（代码段是我们这么认为的，CPU并不这么认为，CPU只认CS：IP的值为指令）