彙編語言學習筆記——————寄存器

CPU概述

內部總線

一個典型的CPU由運算器，邏輯控制器，寄存器等器件組成，這些器件靠內部總線相連。

內部總線與外部總線的區別

• 內部總線實現CPU內部各個器件之間的聯繫。
• 外部總線實現CPU和主板其他器件的聯繫。

寄存器

8086CPU有14個寄存器，他們的名稱爲：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，可以存放兩個字節。

• AX,BX,CX,DX通常用來存放一般性數據被稱之爲通用寄存器
  下圖是AX通用寄存器的寄存器圖：
  

• 一個16位的寄存器可以存儲一個16位的數據

• 8086上一代CPU中的寄存器都是8位的，爲了保證兼容性，這四個寄存器都可以分爲兩個獨立的8位寄存器

  • AX可以分爲AH和AL
  • BX可以分爲BH和BL
  • CX可以分爲CH和CL
  • DX可以分爲DH和DL

8086CPU的8位寄存器存儲邏輯

以AX爲例，8086CPU的16位寄存器分爲兩個8位寄存器的情況：

• AX的低8位構成了AL寄存器，高8位構成了AH寄存器
• AH和AL寄存器是可以獨立使用的8位寄存器

8086CPU的數據存儲情況

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

從上表可以看出分成高8位和分成低8位與16位讀的數據在邏輯上是有所差異的。

字在寄存器中的存儲

• 一個字可以存在一個16位寄存器中，這個字的高位字節和低位字節自然就存在這個寄存器的高8位寄存器中和低8位寄存器中。

幾條彙編指令

彙編指令不區分大小寫

彙編指令	控制CPU完成的操作	用高級語言的語法描述
MOV AX,18	將18送入AX中	AX = 18
MOV AH,78	將78送入AH	AH = 78
ADD AX,8	將寄存器AX中的數值加上8	AX = AX + 8
MOV AX,BX	將寄存器中BX中的數據送入寄存器AX中	AX = BX
ADD AX,BX	將AX和BX中的內容相加，結果存放在AX中	AX = AX + BX

檢測點2.1

寫出每條彙編指令執行後相關寄存器中的值

• 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

**只能使用目前學過的彙編指令，最多使用4條指令，編程計算2的4次方

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

物理地址

• CPU訪問內存單元要給出內存單元的地址。所有的內存單元構成的存儲空間是一個唯一的線性空間。
• 我們將這個唯一的地址稱爲物理地址
  概括的將，16位結構描述了一個 CPU具有以下幾個方面的特徵：
• 運算器一次性最多可以處理16位的數據
• 寄存器的最大寬度爲16位
• 寄存器與運算器之間的通路是16位的
  8286有20位地址總線，可傳送20位地址，尋址能力爲1M，但是8086內部爲16位結構，它只能傳送16位的地址，表現出的尋址能力只有64K，因此8086CPU必須採用一種機制解決這樣的問題，它採取的方法是在內部用兩個16位地址合成的方法來形成一個20位的物理地址，下圖是合成的方法：
  
  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進制向左移動一位，二進制數向左移動4位）
  下圖爲合成物理地址的原理
  
  有兩點需要注意：
• 段地址*16必然是16的倍數，所以一個段地址的起始地址也一定是16的倍數。
• 偏移地址爲16位，16位地址的尋址能力爲64KB，所以一個段的長度最大爲64KB

總結

• CPU訪問內存單元時，必須向內存提供內存單元的物理地址。

• 8086CPU在內部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最終的物理地址。

• CPU可以用不同的段地址和偏移地址實現同一個物理地址

• 偏移地址16位，變化範圍爲0~FFFFH,僅用偏移地址來尋址最多可尋64K個內存單元

  • 給定段地址1000H，用偏移地址尋址，CPU的尋址範圍爲：10000H~1FFFFH.

• 在8086PC機中，存儲單元的地址用兩個元素來進行描述：段地址和偏移地址。

• “數據在21F60H內存單元中”。對於8086PC機的兩種描述：

  • 數據存在2000:1F60單元中
  • 數據存在內存的2000段中的1F60H中。

可以根據需要，將地址連續，起始地址爲16的倍數的一組內存單元定義爲一個段。

檢測點2.2

• 給定段地址爲001H，僅通過變化偏移地址尋址，CPU的尋址範圍爲0010H到1000FH.
• 有一組數據放在內存20000H單元中，現給定段地址爲SA,若想用偏移地址尋址到此單元。則SA應該滿足的條件是;最小爲：1001H,最大爲2000H.
  • 物理地址 = SA*16+EA
  • 20000h = SA*16+EA
  • SA = (20000H-EA)/16 = 2000H-EA/16
  • EA取最大值時，SA取最小值，2000H-FFFFH/16 = 1001H
  • EA取最小值時，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個段寄存器：

• CS：代碼段寄存器
• DS：數據段寄存器
• SS：堆棧段寄存器
• ES：附加段寄存器
  當8086CPU要訪問內存時，由這四個段寄存器提供內存單元的段地址。
  CS和IP是8086CPU中最關鍵的寄存器，他們指示可CPU當前要讀取指令的地址。
• CS爲代碼段寄存器
• IP爲指令指針寄存器

CPU讀取和執行指令的相關部件

具體過程的詳細步驟：

1. 從CS:IP指向內存單元讀取指令，讀取的指令進入進入指令緩衝器
2. IP = IP + 所讀取到的指令的長度，從而指向下一條指令
3. 執行指令。轉到步驟（1），重複這個過程。

CPU工作過程的簡要描述

• 在8086CPU加電啓動或復位後（即CPU剛開始工作時），CS和IP被設置爲CS = FFFFH,IP= 000H.
• 即在8086PC機剛啓動時，CPU從內存FFFF0H單元中讀取指令執行。
• FFFF0H單元中的指令是8086PC即開機後執行的第一條指令。
• 在任何時候，CPU將CS,IP中的內容當做指令的段地址和偏移地址，用他們合成指令的物理地址，到內存中讀取指令碼，執行。
• 如果說，內存中的一段信息曾被CPU執行過的話，它所在的內存單元必然被CS:IP指向過。

修改CS、IP的指令

• 在CPU中，程序員能夠用指令讀寫的部件只有寄存器，程序員可以通過改變寄存器中的內容實現對於CPU的控制。
• CPU執行指令是由CS，IP中的內容決定的，程序員可以通過改變CS、IP中的內容來控制CPU執行目標指令。
• 8086CPU爲CS、IP提供了另外的指令來改變他們的值：轉移指令
• 同時修改CS、IP的內容：
  • jmp 段地址：偏移地址
    • jmp 2AE3:3(最終物理地址：2AE33)
    • jmp 3:0B16(最終物理地址：0B46)
• 功能：用指令中給出的段地址修改CS,偏移地址修改IP。
• 僅僅修改IP的內容：
  • jmp 某一合法寄存器
    • jmp ax (類似於mov IP,ax)
    • jmp bx
      功能：用寄存器中的值修改IP

代碼段

• 對於8086PC機，在編程時，可以根據需要，將一組內存單元定義爲一個段。
• 可以將長度爲N（N <= 64kb）的一組代碼，存在一組地址連續、起始地址爲16的倍數的內存單元中，這一段內存是用來存放代碼的，從而定義了一個代碼段。
• CPU只認被CS:IP指向的內存單元中的內容爲指令，因此要將CS:IP指向所定義的代碼段中的第一條指令的首地址。

總結

• 段地址在8086CPU的寄存器中存放。當8086CPU要訪問內存時，由段寄存器提供內存單元的段地址。8086CPU有四個段寄存器，其中CS用來存放指令的段地址。
• CS存放指令的段地址，IP存放指令的偏移地址。
• 8086機中，任意時刻時，CPU將CS:IP指向的內容當做指令執行。
• 8086CPU 的工作過程：
  1. 從CS:IP指向內存單元的讀取指令，讀取的指令進入指令緩衝器
  2. IP指向下一條指令
  3. 執行指令。（轉到步驟1，重複這個過程）

檢測點2.3

下面的3條指令執行後，CPU幾次修改IP?都是在什麼時候？最後IP的值是多少？
mov ax,bx
sub ax,ax
jmp ax
一共修改了四次：
第一次：讀取了mov ax,bx指令
第二次：讀取了sub ax,ax指令
第三步：讀取了jmp ax指令
第四步：執行jmp ax修改了IP內容
IP = 0