汇编语言学习笔记之通用寄存器

汇编语言学习笔记之通用寄存器

    从昨天开始，正式拉开了学习汇编语言的序幕，对于汇编语言的一些特点以及数据的表示及类型做了一番了解，由于这些东西每一种语言里都要介绍，而且一时半会也真弄不太明白它们的具体使用，也就粗略的看了一下，留待在今后的学习中结合实例加以体会吧。

    而通用寄存器应该说是CPU内部重要的数据存储资源，学习汇编语言必须要掌握清它们的功能。因此汇编语言学习的第一篇学习笔记就从通用寄存器开始了。以下内容摘自汇编教程中。

寄存器是CPU内部重要的数据存储资源，是汇编程序员能直接使用的硬件资源之一。由于寄存器的存取速度比内存快，所以，在用汇编语言编写程序时，要尽可能充分利用寄存器的存储功能。

寄存器一般用来保存程序的中间结果，为随后的指令快速提供操作数，从而避免把中间结果存入内存，再读取内存的操作。在高级语言(如：C/C++语言)中，也有定义变量为寄存器类型的，这就是提高寄存器利用率的一种可行的方法。

另外，由于寄存器的个数和容量都有限，不可能把所有中间结果都存储在寄存器中，所以，要对寄存器进行适当的调度。根据指令的要求，如何安排适当的寄存器，避免操作数过多的传送操作是一项细致而又周密的工作。有关“寄存器的分配策略”在后续课程《编译原理》中会有详细的介绍。

由于16位/32位CPU是微机CPU的两个重要代表，所以，在此只介绍它们内部寄存器的名称及其主要功能。

1、 16位寄存器组

 16位CPU所含有的寄存器有：

4个数据寄存器(AX、BX、CX和DX)，

2个变址和指针寄存器(SI和DI)，

2个指针寄存器(SP和BP)

4个段寄存器(ES、CS、SS和DS)，

1个指令指针寄存器(IP)，

1个标志寄存器(Flags) 

2、 32位寄存器组

32位CPU除了包含了先前CPU的所有寄存器，并把通用寄存器、指令指针和标志寄存器从16位扩充成32位之外，还增加了2个16位的段寄存器：FS和GS。

 32位CPU所含有的寄存器有：

4个数据寄存器(EAX、EBX、ECX和EDX)，

2个变址和指针寄存器(ESI和EDI)，

2个指针寄存器(ESP和EBP)

6个段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS)，

1个指令指针寄存器(EIP)，

1个标志寄存器(EFlags) 

通用寄存器可用于传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果。除此之外，它们还各自具有一些特殊功能。汇编语言程序员必须熟悉每个寄存器的一般用途和特殊用途，只有这样，才能在程序中做到正确、合理地使用它们。

通用寄存器的主要用途

寄存器的分类		寄存器	主　要　用　途
通 用 寄 存 器	数据 　 寄存器	AX	乘、除运算，字的输入输出，中间结果的缓存
		AL	字节的乘、除运算，字节的输入输出，十进制算术运算
		AH	字节的乘、除运算，存放中断的功能号
		BX	存储器指针
		CX	串操作、循环控制的计数器
		CL	移位操作的计数器
		DX	字的乘、除运算，间接的输入输出
	变址 寄存器	SI	存储器指针、串指令中的源操作数指针
		DI	存储器指针、串指令中的目的操作数指针
	变址 寄存器	BP	存储器指针、存取堆栈的指针
		SP	堆栈的栈顶指针
指令指针		IP/EIP
标志位寄存器		Flag/EFlag
32位 CPU的 段寄存器	16位CPU的 段寄存器	ES	附加段寄存器
		CS	代码段寄存器
		SS	堆栈段寄存器
		DS	数据段寄存器
	新增加的 段寄存器	FS	附加段寄存器
		GS	附加段寄存器

    

以下是常用寄存器的功能说明：

 

1、数据寄存器

数据寄存器主要用来保存操作数和运算结果等信息，从而节省读取操作数所需占用总线和访问存储器的时间。

32位CPU有4个32位的通用寄存器EAX、EBX、ECX和EDX。对低16位数据的存取，不会影响高16位的数据。这些低16位寄存器分别命名为：AX、BX、CX和DX，它和先前的CPU中的寄存器相一致。

4个16位寄存器又可分割成8个独立的8位寄存器(AX：AH-AL、BX：BH-BL、CX：CH-CL、DX：DH-DL)，每个寄存器都有自己的名称，可独立存取。程序员可利用数据寄存器的这种“可分可合”的特性，灵活地处理字/字节的信息。

寄存器AX和AL通常称为累加器(Accumulator)，用累加器进行的操作可能需要更少时间。累加器可用于乘、除、输入/输出等操作，它们的使用频率很高；

寄存器BX称为基地址寄存器(Base Register)。它可作为存储器指针来使用；

寄存器CX称为计数寄存器(Count Register)。在循环和字符串操作时，要用它来控制循环次数；在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数；

寄存器DX称为数据寄存器(Data Register)。在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算，也可用于存放I/O的端口地址。

在16位CPU中，AX、BX、CX和DX不能作为基址和变址寄存器来存放存储单元的地址，但在32位CPU中，其32位寄存器EAX、EBX、ECX和EDX不仅可传送数据、暂存数据保存算术逻辑运算结果，而且也可作为指针寄存器，所以，这些32位寄存器更具有通用性。详细内容请见第3.8节——32位地址的寻址方式。

    

2、变址寄存器

32位CPU有2个32位通用寄存器ESI和EDI。其低16位对应先前CPU中的SI和DI，对低16位数据的存取，不影响高16位的数据。

寄存器ESI、EDI、SI和DI称为变址寄存器(Index Register)，它们主要用于存放存储单元在段内的偏移量，用它们可实现多种存储器操作数的寻址方式(在第3章有详细介绍)，为以不同的地址形式访问存储单元提供方便。

变址寄存器不可分割成8位寄存器。作为通用寄存器，也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果。

它们可作一般的存储器指针使用。在字符串操作指令的执行过程中，对它们有特定的要求，而且还具有特殊的功能。具体描述请见第5.2.11节。

    

3、指针寄存器

32位CPU有2个32位通用寄存器EBP和ESP。其低16位对应先前CPU中的SBP和SP，对低16位数据的存取，不影响高16位的数据。

寄存器EBP、ESP、BP和SP称为指针寄存器(Pointer Register)，主要用于存放堆栈内存储单元的偏移量，用它们可实现多种存储器操作数的寻址方式(在第3章有详细介绍)，为以不同的地址形式访问存储单元提供方便。

指针寄存器不可分割成8位寄存器。作为通用寄存器，也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果。

它们主要用于访问堆栈内的存储单元，并且规定：

BP为基指针(Base Pointer)寄存器，用它可直接存取堆栈中的数据；

SP为堆栈指针(Stack Pointer)寄存器，用它只可访问栈顶。

    

4、段寄存器

段寄存器是根据内存分段的管理模式而设置的。内存单元的物理地址由段寄存器的值和一个偏移量组合而成的，这样可用两个较少位数的值组合成一个可访问较大物理空间的内存地址。

CPU内部的段寄存器：

CS——代码段寄存器(Code Segment Register)，其值为代码段的段值；

DS——数据段寄存器(Data Segment Register)，其值为数据段的段值；

ES——附加段寄存器(Extra Segment Register)，其值为附加数据段的段值；

SS——堆栈段寄存器(Stack Segment Register)，其值为堆栈段的段值；

FS——附加段寄存器(Extra Segment Register)，其值为附加数据段的段值；

GS——附加段寄存器(Extra Segment Register)，其值为附加数据段的段值。

在16位CPU系统中，它只有4个段寄存器，所以，程序在任何时刻至多有4个正在使用的段可直接访问；在32位微机系统中，它有6个段寄存器，所以，在此环境下开发的程序最多可同时访问6个段。

32位CPU有两个不同的工作方式：实方式和保护方式。在每种方式下，段寄存器的作用是不同的。有关规定简单描述如下：

实方式：	前4个段寄存器CS、DS、ES和SS与先前CPU中的所对应的段寄存器的含义完全一致，内存单元的逻辑地址仍为“段值：偏移量”的形式。为访问某内存段内的数据，必须使用该段寄存器和存储单元的偏移量。
保护方式：	在此方式下，情况要复杂得多，装入段寄存器的不再是段值，而是称为“选择子”(Selector)的某个值。段寄存器的具体作用在此不作进一步介绍了，有兴趣的读者可参阅其它科技资料。

    

5、指令指针寄存器

32位CPU把指令指针扩展到32位，并记作EIP，EIP的低16位与先前CPU中的IP作用相同。

指令指针EIP、IP(Instruction Pointer)是存放下次将要执行的指令在代码段的偏移量。在具有预取指令功能的系统中，下次要执行的指令通常已被预取到指令队列中，除非发生转移情况。所以，在理解它们的功能时，不考虑存在指令队列的情况。

在实方式下，由于每个段的最大范围为64K，所以，EIP中的高16位肯定都为0，此时，相当于只用其低16位的IP来反映程序中指令的执行次序。

 

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