读王爽老师汇编语言笔记---寄存器(cpu工作原理)

2013-6-19 21:12:07

一个典型的cpu是用运算器、控制器、寄存器等器件组成。在cpu中 

运算器进行信息处理，寄存器进行信息存储，控制器控制各个器件进行工作,内部总线连接各个器件，在他们之间进行数据的传送。

对于程序员来说，cpu的主要器件就是寄存器。寄存器是cpu中程序员可以用指令读写的的部件，程序员通过改变各种寄存器中的内容来时来实现对cpu的控制

不同的cpu，寄存器的个数，结构是都不同的，8086有14个寄存器，每个寄存器都有对应的名字

如：AX BX CX DX SI DI SP BP IP CS SS DS ES PSW 

8086cpu的所有寄存器都是16位，存放2个字节

AX BX CX DX 四个寄存器用来存放一般性的数据，被称为通用寄存器

段寄存器：CS DS SS ES

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，

例如：

在8086机中，任意时刻，假设CS中的内容为M, IP中的内容为N，

8086cpu将内存M * 16 + N 单元开始，读取一天指令并执行

也就是说：8086中，任意时刻cpu将CS:IP指向的内容分当作指令执行。

切不能通过mov指令来设置CS IP的值，原因很简单，8086cpu没有提供这个功能

能够修改他们内容的指令被统称为转移指令(jmp)

1、 16位寄存器组

16位CPU所含有的寄存器有(见图2.1中16位寄存器部分)：
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(见图2.1中的寄存器)：
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)

16位结构的cpu

概括的讲，16位结构描述了一个cpu具有下面几个方面的结构特征:

1、运算器一次最多可以处理16位的数据

2、寄存器的最大宽度为16

3.寄存器和运算器之间的通路为16位

8086是一个16位结构的cpu，也就是说，在8086内部，能够一次性处理、传输、暂时存储的信息的最大长度是16位的。内存单元的地址在送上地址总线之前，必须在cpu中处理传输、暂时存放，对于16位cpu，

能一次性处理，传输、暂时存储16位的地址

8086有20位地址总线 ，可以传输20位地址， 寻址能力达到1MB，8086的cpu又是16位结构，在内部次性处理，传输、暂时存储16位的地址，，如果将地址从内部简单的出发，那么它只能送出16位的地址，表现的寻址能力大大降低

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

1、 cpu相关部件提供两个16位的地址。一个称段地址，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、地址加法器的部件将2个16位的地址合成一个20位的物理地址

4、地址加法器通过内部总线将20位的物理地址送入输出输入的控制电路

5、 输出输入控制电路将20为物理地址送到地址总线上

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 * 16 + 偏移地址的方法来合成物理地址) 

上面公式的本质含义：

cpu在访问内存时，用一个基础地址(段地址 * 16) 和一个相对基础地址的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址

在编程时根据需要，将若干地址连续的内存单元看作一个段，用段地址 * 16定位段的起始位置(基础地址)，用偏移地址定位段中的内存单元，所以

1、段地址必然是16的倍数，所以一个段的其实地址也一定是16的倍数

2、偏移地址为16位，16位的寻址能力为64KB，所以一个段的长度最大为64KB

有段地址和偏移地址合成物理地址

所以cpu可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址

cpu访问内存单元时，必须向内存提供内存单元的物理地址

给定一个段地址的话，因为偏移地址为16位

所以最多可以偏移FFFFH，也就是最多可以偏移64KB个内存单元