8086微处理器的寄存器组织

8086CPU内部有14个16位的寄存器, 按功能可以分为8个通用寄存器, 4个段寄存器和两个控制寄存器.

通用寄存器

通用寄存器可以分为两类: 数据寄存器(AX, BX, CX, DX)和地址寄存器/变址寄存器(SI, DI, SP, BP)
8086CPU有4个16位数据寄存器:

1. 累加器AX: 最常用的寄存器,许多操作可以在AX中完成, 而且有一些操作只能在AX中完成, 例如乘法和除法操作
2. 基址寄存器BX: 虽然属于数据寄存器, 但它经常用作地址寄存器
3. 计数寄存器CX:经常用作循环的计数寄存器
4. 数据寄存器DX: 用于寄存数据,但在I/O指令中, DX用于端口地址
   这四个26位寄存器又可以分为8个8为寄存器:
   AX->AH, AL
   BX->BH, BL
   CX->CH, CL
   DX->DH, DL

8086CPU有4个16位的地址指针/变址寄存器:

1. 变址寄存器SI: 在字符串操作指令中,SI提供源操作数的段内偏移地址, 当然也可以在其他指令中,用作地址寄存器
2. 变址寄存器DI: 在字符串操作指令中, DI提供目的操作数的段内偏移地址, 当然也可以在其他指令中, 用作地址寄存器
3. 堆栈指针SP: 用于保存堆栈段的段内偏移地址
4. 基址指针BP:BP可以指定段内偏移地址

寄存器BX SI DI SP 可以用作地址寄存器, 提供16位偏移地址, BX SI DI的默认段寄存器为DS, BP默认段寄存器为SS

8086CPU的段寄存器有4个:

1. 代码段寄存器CS
2. 数据段寄存器DS
3. 附加段寄存器ES
4. 堆栈段寄存器SS

在将这四个寄存器用作地址寄存器时, 他们只提供了16位的偏移地址.要形成20位的物理地址, 还需要有段寄存器提供段地址:物理地址 = 段地址 * 10H + 偏移地址
因为在8086中寄存器只有16位, 2^16 = 64Kb, 内存中一个字8位, 那么寻址能力就只有64KB, 也就是说内存最大只能有64KB, 显然, 这样的大小不符合当时人们对内存大小的需求. 所以采用了这种CS:IP,两个寄存器共同寻址的方式, 使得CPU能够寻址1MB的内存空间.

8086时代, CPU的工作模式是实模式, 段寄存器里面存放的是段基地址, 后来进入32位机时代, CPU就进入了保护模式,保护模式是指CPU从硬件机制上提供了用户程序对内存的访问限制，为多用户多任务的程序进行了彼此隔离，防止因某个程序的编写错误影响到操作系统和其它用户。保护模式下提供了修改段寄存器的保护/代码段的保护/栈操作时的保护/数据访问的保护等。在32位处理器中，在原有的CS/DS/ES/SS段寄存器的基础上对增加了FS/GS段寄存器，并且每一个16位的段寄存器都对应了一个描述符高速缓存器。 在32的保存模式下,段寄存器中存放不是段地址，而是段的描述符的索引号。

8086CPU有两个控制寄存器

1. 指令指针IP: 也称程序计数器PC, 用于保存下一条即将要执行指令的段内偏移地址. 改变IP的值就意味这改变程序的流程, 不能通过普通的传送类指令修改IP的值 , 但某些指令可以改变IP的内容:比如转移指令, 子程序调用和返回指令等
2. 微处理器状态字PSW(标志寄存器):
   条件标志:

• 进位标志：用于反映运算是否产生进位或借位。如果运算结果的最高位产生一个进位或借位，则CF置1，否则置0。运算结果的最高位包括字操作的第15位和字节操作的第7位。移位指令也会将操作数的最高位或最低位移入CF。
• 奇偶标志：用于反映运算结果低8位中“1”的个数。“1”的个数为偶数，则PF置1，否则置0。
  辅助进位标志：算数操作结果的第三位（从0开始计数）如果产生了进位或者借位则将其置为1，否则置为0，常在BCD(binary-codedecimal)算术运算中被使用。
• 零标志：用于判断结果是否为0。运算结果0，ZF置1，否则置0。
• 符号标志：用于反映运算结果的符号，运算结果为负，SF置1，否则置0。因为有符号数采用补码的形式表示，所以SF与运算结果的最高位相同。
• 溢出标志：反映有符号数加减运算是否溢出。如果运算结果超过了8位或者16位有符号数的表示范围，则OF置1，否则置0。

控制标志：

• 跟踪标志：当TF被设置为1时，CPU进入单步模式，所谓单步模式就是CPU在每执行一步指令后都产生一个单步中断。主要用于程序的调试。8086/8088中没有专门用来置位和清零TF的命令，需要用其他办法。
• 中断标志：决定CPU是否响应外部可屏蔽中断请求。IF为1时，CPU允许响应外部的可屏蔽中断请求。
• 方向标志：决定串操作指令执行时有关指针寄存器调整方向。当DF为1时，串操作指令按递减方式改变有关存储器指针值，每次操作后使SI、DI递减。

存储器的分段和物理地址的形成
前面已经提到过, 物理地址由段地址和段内偏移地址两部分组成. 由于基址或变址寄存器为16位寄存器. 他们可以提供16位的偏移地址, 因此通过改变基址或变址寄存器可以寻址2^16 = 64kB的存储空间. 8086采用地址分段的方法, 是寻址范围扩大到1M字节.
在8086CPU系统中, 把1MB的存储器空间划分成若干个逻辑段, 每个段最多有64KB的存储空间, 各段起点选在能够被16整除的地址, 并将高16位的地址称为段地址, 因此1M字节的存储空间是相互覆盖的, 相邻段之间相距16个存储单元
相邻段之间为什么相距16个存储单元而不是16*n个单元, 相互覆盖是什么意思?
因为当程序开始执行是, 操作系统将程序由磁盘读入进内存, CPU会首先查找存储器可以被16整除的逻辑段首地址, 1. 他不能确定将要存放的逻辑段的大小, 但是必须确定各个段的首地址. CS段基地址必须由系统分配 2. 而且各个逻辑段不相互覆盖一定会造成空间浪费, 因为我们不能保证每个段的大小都是16的倍数, 而不是16的倍数, 段与段之间相互独立, 一定会有空间浪费