第二章 寄存器

在 CPU 中：

• 运算器进行信息处理；
• 寄存器进行信息存储（主要部分，工作原理）；
• 控制器控制各种器件进行工作；
• 内部总线连接各种器件，在它们之间进行数据的传送。

不同的 CPU，寄存器的个数、结构不同。8086CPU 有 14 个寄存器，分别是：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、CS、SS、DS、ES、PSW。

2.1 通用寄存器

8086CPU 的上一代 CPU 中的寄存器都是 8 位的，为了保证兼容，8086CPU 的 AX、BX、CX、DX 都可以分为 2 个可独立使用的 8 位寄存器来使用：

• AX 可分为 AH 和 AL；
• BX 可分为 BH 和 BL；
• CX 可分为 CH 和 CL；
• DX 可分为 DH 和 DL。

AX 的低 8 位（0-7）构成了 AL 寄存器，高 8 位（8-15）构成了 AH 寄存器。它们是可以独立使用的 8 位寄存器。

2.2 字在寄存器中的存储

8086CPU 可以一次处理“字节”和“字”两种尺寸的数据。

一个字可以存在一个 16 位寄存器中，这个字的高位字节和地位字节存在这个寄存器的高 8 位寄存器和低 8 位寄存器中。图 2.4 既可以是 20000，也可以是 78 和 32。

2.3 几条汇编指令

原 AX 中的值：0000H，原 BX 中的值：0000H。

程序段中指令的执行情况之一：

| 程序段中的指令 | 指令执行后 AX 中的数据 | 指令执行后 BX 中的数据 | | -------------- | ---------------------- | ---------------------- | | mov ax,4E20H | 4E20H | 0000H | | add ax,1406H | 6226H | 0000H | | mov bx,2000H | 6226H | 2000H | | add ax,bx | 8226H | 2000H | | mov bx,ax | 8226H | 8226H | | add ax,bx | 044CH | 8226H |

最后一条指令，把 ax 与 bx 中数据相加，所得值位 1044CH，但是 ax 为 16 位寄存器，只能存放 4 位十六进制的数据，所以最高位的 1 不能在 ax 中保存，即 ax 中的数据为 044CH。

程序段中指令的执行情况之二：

| 程序段中的指令 | 指令执行后 AX 中的数据 | 指令执行后 BX 中的数据 | | -------------- | ---------------------- | ---------------------- | | mov ax,001AH | 001AH | 0000H | | mov bx,0026H | 001AH | 0026H | | add al,bl | 0040H | 0026H | | add ah,bl | 2640H | 0026H | | add bh,al | 2640H | 4026H | | mov ah,0 | 0040H | 4026H | | add al,85H | 00C5H | 4026H | | add al,93H | 0158H | 4026H |

此时，al 作为一个独立的 8 位寄存器来使用，和 ah 没有关系。

在进行数据传送或运算时，指令的两个操作对象的位数应当是一致的。不一致就是错误的指令。

（1）F4A3H；31A3H；3123H；6246H；826CH；6246H；826CH；04D8H；0482H；6C82H；D882H；D888H；D810H；6246H；

（2）mov al,2；add al,al；add al,al；add al,al。

2.4 物理地址

所有的内存单元构成的内存空间是一个一维的线性空间，每一个内存单元在这个空间都有唯一的地址，称为物理地址。CPU 通过地址总线送入存储器的，必须是一个内存单元的物理地址，二物理地址必须先在内部形成。

2.5 16 位结构的 CPU

16 位结构（16 位机，字长为 16 位）的 CPU 有以下特性：

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

2.6 8086CPU 给出物理地址的方法

8086 有 20 位地址总线，可以传送 20 位地址，寻址能力 1MB.而 16 位结构，表现出寻址能力只有 64KB。8086 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 相关部件的逻辑结构：

地址加法器采用物理地址=段地址x16+偏移地址的方法合成物理地址。例如：

“段地址x16“ 又称为左移四位（二进制位），左移 N 位，相当于乘以 2^N^。

同理，X 进制的数据左移 N 位，相当于乘以 X^N^。

2.7 ”段地址x16+偏移地址=物理地址“ 的本质含义

在 CPU 访问内存时，用一个基础地址”段地址x16“和一个相对于基础地质的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址。

2.8 段的概念

段地址并不是内存被分为一段一段，每段有个地址。段的划分来自于 CPU，我们用分段的方式来管理内存。我们可以认为：地址 10000H-100FFH 的内存单元组成一个段，该段基础地址（起始地址）为 10000H，段地址为 1000H，大小为 100H；也可以认为地址 10000H-10007FH、10080H-100FFH 的内存单元组成两个段，基础地址为：10000H 和 10080H，段地址为：1000H 和1008H，大小都为 80H。

可根据编程需要，将若干地址连续的内存单元看作一个段，段地址x16 定位段的起始地址，偏移地址定位段的内存单元。注意：段的起始地址一定是 16 的倍数；段的最大长度为 64KB（由偏移地址的 16 位长度决定）。

1. CPU 可用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址。
2. 给定段地址，仅通过偏移地址来寻址，最多可定位 64KB 个内存单元。因为偏移地址 16 位，变化范围为 0-FFFFH。

（1）00010H，1111FH；

（2）1001H，2000H。1001H 是向上取整，而非四舍五入。

2.9 段寄存器

段地址在 8086CPU 段寄存器中存放。8086CPU 有 4 个段寄存器：CS、DS、SS、ES。当 8086 CPU 要访问内存时由这个段寄存器提供内存单元的段地址。

2.10 CS 和 IP

CS 和 IP 是 8086CPU 中两个最关键的寄存器。它们指示了 CPU 当前要读取指令的地址。CS 为代码寄存器，IP 为指令指针寄存器。

在 8086CPU 机中，任意时刻，设 CS 中的内容为 M，IP 中的内容为 N，8086CPU 将从内存 Mx16+N 单元开始，读取一条指令并执行。即任意时刻，CPU 将CS:IP 指向的内容当作指令执行。

下图展示了 8086CPU 读取、执行命令的工作原理：（图中数字都为 16 进制）

下面以图 2.10 为初始状态，展示 8086CPU 读取、执行一条指令的过程。

则可以把 8086CPU 的工作过程简要描述如下：

（1）从 CS:IP 指向的内存单元读取指令，指令进入指令缓冲器；

（2）IP = IP+所读指令的长度，从而只想下一条指令；

（3）执行命令，转到步骤（1），重复这个过程。

在 8086CPU 加电启动或复位后，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，这也是 8086PC 机开机的第一条指令。

在内存中，指令和数据没有区别，都是二进制信息。CPU 将 CS:IP 指向的内存单元中的内容看作指令。内存中的一段信息曾被 CPU 执行过的话，那么其所在内存单元必然被 CS:IP 指向过。

2.11 修改 CS、IP 的指令

在 CPU 中，能够用指令读写的部件只有寄存器。而 CPU 执行什么指令是由 CS、IP 的内容决定的，所以程序员通过改变 CS、IP 的内容来控制 CPU。

mov 指令，称为传送指令，不能设置 CS、IP 的值。

jmp 指令，称为转移指令（能改变 CS、IP 指令的统称）。

2.12 代码段

我们可以将长度为 N（N≤64KB）的一组代码，存在一组地址连续、起始地址为 16 的倍数的内存单元中，即定义了一个代码段。

4 次，三次读取命令后，指令指向下一条，还有最后一条执行后；ax。