寄存器（cpu工作原理）

来源：王爽老师的《汇编语言》。

1、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。

区别：

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。

8086CPU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。

8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放两个字节，一个字节8位。

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位寄存器所能存储的数据的最大值为多少？ 

因为每一位存放的数据是0或1，那么最大的数值自然就是 1111 1111 1111 1111（2），也就是2^16-1。

 

2、通用寄存器（重点）

8086上一代CPU中的寄存器都是8位的，为保证兼容性，

这四个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。

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，如果当成是8位寄存器使用，那么他们就是独立的，没有任何关系。

一个8位寄存器所能存储的数据的最大值是多少？二进制数值 1111 1111 ，也就是 2^8-1。

3、字在寄存器中的存储

注意：在进行数据传送或运算时，要注意指令的操作数的位数要匹配。

4、物理地址的表示（重点）

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。

不同的CPU有不同的形成物理地址的方式。

(1)16位结构的CPU

8086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。

8086外部有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力为1M。

那么，8086CPU如何用内部16位的数据，转换成20位的地址呢？

8086CPU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。

段地址+偏移地址 -> 地址加法器 -> 20位的物理地址。

地址加法器合成物理地址的方法：段地址×16+偏移地址=物理地址。

“段地址×16”有一个更为常用的说法就是数据左移4位。（二进制位）

二进制的数据左移4位，意味着乘以2^4=16。

这样做的目的主要是为了弥补内部总线16位的缺陷而设计的。

5、关于段空间

内存没有分段，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。

以后，在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），用偏移地址定位段中的内存单元。

（1）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；

（2）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。

CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址。

如果给定一个段地址，仅通过变化偏移地址来进行寻址，最多可以定位多少内存单元？

因为偏移地址16位，变化范围为0~FFFFH，仅用偏移地址来寻址最多可寻64K个内存单元。

比如：给定段地址1000H，用偏移地址寻址，CPU的寻址范围为：10000H~1FFFFH。

6、地址的描述

在8086PC机中，存储单元的地址用两个元素来描述。即段地址和偏移地址。

“数据在21F60H内存单元中。”对于8086PC机的两种描述：

（a）数据存在内存2000:1F60单元中；

（b）数据存在内存的2000段中的1F60H单元中。

可根据需要，将地址连续、起始地址为16的倍数的一组内存单元定义为一个段。

 

7、段寄存器就是提供段地址的。

8086CPU有4个段寄存器： CS、DS、SS、ES。

CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器，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。

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。

即在8086PC机刚启动时，CPU从内存FFFF0H单元中读取指令执行。

FFFF0H单元中的指令是8086PC机开机后执行的第一条指令。

8、修改CS，IP

mov指令不能用于设置CS、IP的值，8086CPU没有提供这样的功能。

8086CPU为CS、IP提供了另外的指令来改变它们的值：转移指令

JMP 段地址：偏移地址

JMP 2AE3:3

功能：用指令中给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。CS = 2AE3H， IP = 0003H。

仅修改IP的内容：

jmp 某一合法寄存器

jmp ax   （类似于 mov IP,ax）

功能：用寄存器中的值修改IP。

8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。

9、关于debug指令（Win7没有这个指令，XP才有)

R命令查看、改变CPU寄存器的内容；

D命令查看内存中的内容；

E命令改写内存中的内容；

U命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令；

T命令执行一条机器指令；

A命令以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令。