汇编语言学习笔记——————寄存器

CPU概述

内部总线

一个典型的CPU由运算器，逻辑控制器，寄存器等器件组成，这些器件靠内部总线相连。

内部总线与外部总线的区别

• 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和主板其他器件的联系。

寄存器

8086CPU有14个寄存器，他们的名称为：AX,BX,CX,DX,SI,DI,SP,BP,IP,CS,SS,DS,ES,PSW。

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之为通用寄存器
  下图是AX通用寄存器的寄存器图：
  

• 一个16位的寄存器可以存储一个16位的数据

• 8086上一代CPU中的寄存器都是8位的，为了保证兼容性，这四个寄存器都可以分为两个独立的8位寄存器

  • 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

8086CPU的8位寄存器存储逻辑

以AX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位构成了AL寄存器，高8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

8086CPU的数据存储情况

寄存器	寄存器中的数据	所表示的值
AX	0100111000100000	20000(4E20H)
AH	01001110	78(4EH)
AL	00100000	32(20H)

从上表可以看出分成高8位和分成低8位与16位读的数据在逻辑上是有所差异的。

字在寄存器中的存储

• 一个字可以存在一个16位寄存器中，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位寄存器中和低8位寄存器中。

几条汇编指令

汇编指令不区分大小写

汇编指令	控制CPU完成的操作	用高级语言的语法描述
MOV AX,18	将18送入AX中	AX = 18
MOV AH,78	将78送入AH	AH = 78
ADD AX,8	将寄存器AX中的数值加上8	AX = AX + 8
MOV AX,BX	将寄存器中BX中的数据送入寄存器AX中	AX = BX
ADD AX,BX	将AX和BX中的内容相加，结果存放在AX中	AX = AX + BX

检测点2.1

写出每条汇编指令执行后相关寄存器中的值

• MOV AX,62627 AX = F4A3H
• MOV AH,31H AX = 31A3H
• MOV AL,23H AX = 3123H
• ADD AX,AX AX = 6246H
• MOV BX,826CH BX = 826CH
• MOV CX,AX CX = 6246H
• MOV AX,BX AX = 826CH
• ADD AX,BX AX = 04D8H
• MOV AL,BH AX = 0482H
• MOV AH,BL AX = 6C82H
• ADD AH,AH AX = D882H
• ADD AL,6 AX = D888H
• ADD AL,AL AX = D810H
• MOV AX,CX AX = 6246H

**只能使用目前学过的汇编指令，最多使用4条指令，编程计算2的4次方

MOV AX,2
ADD AX,AX
ADD AX,AX
ADD AX,AX

物理地址

• CPU访问内存单元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唯一的线性空间。
• 我们将这个唯一的地址称为物理地址
  概括的将，16位结构描述了一个 CPU具有以下几个方面的特征：
• 运算器一次性最多可以处理16位的数据
• 寄存器的最大宽度为16位
• 寄存器与运算器之间的通路是16位的
  8286有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力为1M，但是8086内部为16位结构，它只能传送16位的地址，表现出的寻址能力只有64K，因此8086CPU必须采用一种机制解决这样的问题，它采取的方法是在内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址，下图是合成的方法：
  
  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（乘以16即16进制向左移动一位，二进制数向左移动4位）
  下图为合成物理地址的原理
  
  有两点需要注意：
• 段地址*16必然是16的倍数，所以一个段地址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64KB，所以一个段的长度最大为64KB

总结

• CPU访问内存单元时，必须向内存提供内存单元的物理地址。

• 8086CPU在内部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最终的物理地址。

• CPU可以用不同的段地址和偏移地址实现同一个物理地址

• 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

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

• 在8086PC机中，存储单元的地址用两个元素来进行描述：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：

  • 数据存在2000:1F60单元中
  • 数据存在内存的2000段中的1F60H中。

可以根据需要，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。

检测点2.2

• 给定段地址为001H，仅通过变化偏移地址寻址，CPU的寻址范围为0010H到1000FH.
• 有一组数据放在内存20000H单元中，现给定段地址为SA,若想用偏移地址寻址到此单元。则SA应该满足的条件是;最小为：1001H,最大为2000H.
  • 物理地址 = SA*16+EA
  • 20000h = SA*16+EA
  • SA = (20000H-EA)/16 = 2000H-EA/16
  • EA取最大值时，SA取最小值，2000H-FFFFH/16 = 1001H
  • EA取最小值时，SA取最大值，2000H-0H/16 = 2000H

段寄存器

段寄存器就是提供段地址的，
8086有4个段寄存器：

• CS：代码段寄存器
• DS：数据段寄存器
• SS：堆栈段寄存器
• ES：附加段寄存器
  当8086CPU要访问内存时，由这四个段寄存器提供内存单元的段地址。
  CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器，他们指示可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

CPU读取和执行指令的相关部件

具体过程的详细步骤：

1. 从CS:IP指向内存单元读取指令，读取的指令进入进入指令缓冲器
2. IP = IP + 所读取到的指令的长度，从而指向下一条指令
3. 执行指令。转到步骤（1），重复这个过程。

CPU工作过程的简要描述

• 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= 000H.
• 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即开机后执行的第一条指令。
• 在任何时候，CPU将CS,IP中的内容当做指令的段地址和偏移地址，用他们合成指令的物理地址，到内存中读取指令码，执行。
• 如果说，内存中的一段信息曾被CPU执行过的话，它所在的内存单元必然被CS:IP指向过。

修改CS、IP的指令

• 在CPU中，程序员能够用指令读写的部件只有寄存器，程序员可以通过改变寄存器中的内容实现对于CPU的控制。
• CPU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。
• 8086CPU为CS、IP提供了另外的指令来改变他们的值：转移指令
• 同时修改CS、IP的内容：
  • jmp 段地址：偏移地址
    • jmp 2AE3:3(最终物理地址：2AE33)
    • jmp 3:0B16(最终物理地址：0B46)
• 功能：用指令中给出的段地址修改CS,偏移地址修改IP。
• 仅仅修改IP的内容：
  • jmp 某一合法寄存器
    • jmp ax (类似于mov IP,ax)
    • jmp bx
      功能：用寄存器中的值修改IP

代码段

• 对于8086PC机，在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。
• 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，这一段内存是用来存放代码的，从而定义了一个代码段。
• CPU只认被CS:IP指向的内存单元中的内容为指令，因此要将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。

总结

• 段地址在8086CPU的寄存器中存放。当8086CPU要访问内存时，由段寄存器提供内存单元的段地址。8086CPU有四个段寄存器，其中CS用来存放指令的段地址。
• CS存放指令的段地址，IP存放指令的偏移地址。
• 8086机中，任意时刻时，CPU将CS:IP指向的内容当做指令执行。
• 8086CPU 的工作过程：
  1. 从CS:IP指向内存单元的读取指令，读取的指令进入指令缓冲器
  2. IP指向下一条指令
  3. 执行指令。（转到步骤1，重复这个过程）

检测点2.3

下面的3条指令执行后，CPU几次修改IP?都是在什么时候？最后IP的值是多少？
mov ax,bx
sub ax,ax
jmp ax
一共修改了四次：
第一次：读取了mov ax,bx指令
第二次：读取了sub ax,ax指令
第三步：读取了jmp ax指令
第四步：执行jmp ax修改了IP内容
IP = 0