寄存器(CPU工作原理)

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。

1. 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为通用寄存器。

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。

2. 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位寄存器和低8位寄存器中。

3. 几条汇编指令

注：汇编指令不分大小写

4. 物理地址

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。

5. 16位结构的CPU

概括的讲，16位结构描述了一个CPU具有以下几个方面特征：

• 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是16位的。

6. 8086CPU给出物理地址的方法

8086有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力为1M。

但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。

因此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。

当8086CPU要读写内存时：

1）CPU中的相关部件提供两个16 位的地址，一个称为段地址，另一个称为偏移地址;

2）段地址和偏移地址通过内部总线送入一个称为地址加法器的部件;

3）地址加法器将两个16位地址合成为一个20位的物理地址；

4）地址加法器通过内部总线将20位物理地址送入输入输出控制电路;

5）输入输出控制电路将20位物理地址送上地址总线；

6）20位物理地址被地址总线传送到存储器。

地址加法器采用物理地址=段地址x16+偏移地址的方法用段地址和偏移地址合成物理地址。例如，8086CPU要访问地址为123C8H的内存单元，此时，地址加法器的工作过程如图所示（图中数据皆为十六进制表示）。

7. 段的概念

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。

注意：

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。

8. 段寄存器

段寄存器就是提供段地址的。8086CPU有4个段寄存器：CS、DS、SS、ES

当8086CPU要访问内存时，由这4个段寄存器提供内存单元的段地址。

9 . CS和IP

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。

在任何时候，CPU将CS、IP中的内容当作指令的段地址和偏移地址，用它们合成指令的物理地址，到内存中读取指令码，执行。

工作流程：

（1）从CS:IP指向内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；

（2）IP = IP + 所读取指令的长度，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。

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。

10. 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CPU的控制。

CPU从何处执行指令是由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。

同时修改CS、IP的内容：

jmp 段地址：偏移地址

jmp 2AE3:3

jmp 3:0B16

功能：用指令中给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。

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。

案例分析：

内存中存放的机器码和对应汇编指令情况： （初始：CS=2000H，IP=0000H）

（1）mov ax,6622

（2）jmp 1000:3

（3）mov ax,0000

（4）mov bx,ax

（5）jmp bx

（6）mov ax,0123H

（7）转到第（3）步执行

11. 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，这段内存是用来存放代码的，从而定义了一个代码段。

当我们要执行该代码段时，只需将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。