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。前一篇博客说的总线，相对于 CPU 内部来说是外部总线。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 和主板上其他器件的联系。

　　简而言之，在 CPU 中：

• • 运算器进行信息处理；
  • 寄存器进行信息存储；
  • 控制器控制各种器件工作；
  • 内部总线连接 CPU 内部的各种器件，在其间进行数据传送。

　　对于汇编程序员而言，CPU 中的主要部件是寄存器。程序员可以用指令读写寄存器，并通过改变各种寄存器中的内容来实现对 CPU 的控制。

　　不同的 CPU 中，寄存器的个数、结构都不尽相同。8086 CPU 有 14 个寄存器，分别是：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。我们先列举在这里，后面逐渐详细说明。

1. 通用寄存器

　　8086 CPU 的所有寄存器都是 16 位的，可以存放两个字节。AX、BX、CX、DX 这 4 个寄存器通常用来存放一般性数据，称之为通用寄存器。

　　我们以 AX 为例，来看看寄存器的逻辑结构：

16 位寄存器的逻辑结构

　　一个 16 位的寄存器可以存放 16 位的数据，其最大值能达到 2¹⁶ - 1。数据在寄存器中存放情况示例如下图：

16 位数据在寄存器中的存放情况示例

　　8086 CPU 的前代产品，使用的都是 8 位寄存器。为了保证兼容，使得基于上一代 CPU 编写的程序稍加修改就能在 8086 上运行，8086 的 AX、BX、CX、DX 这 4 个通用寄存器，都可以分成两个独立的 8 位寄存器使用。如下图所示：

16 位寄存器拆分为两个 8 位寄存器示意

• • 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。

　　以 AX 为例，来分析 8086 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 AL 寄存器，高 8 位构成 AH 寄存器，AH 和 AL 是可以独立使用的寄存器。8 位寄存器能存储的数据最大值是 2⁸ - 1。如下图所示：

16 位寄存器及所分成的两个 8 位寄存器的数据存储情况

2. 字在寄存器中的存储

　　处于兼容性考虑，8086 CPU 可以一次性处理两种尺寸的数据：

• • 字节（byte）：一个字节由 8 个 bit 组成，可以存在 8 位寄存器中；
  • 字（word）：一个字由两个字节组成，分别称为高位字节和低位字节。一个字可以存放在一个 16 位寄存器中，高低字节自然也就是放在高 8 位寄存器和低 8 位寄存器中。

字的组成示意

3. 几条汇编指令

　　我们先给出以下几条指令，注意汇编指令和寄存器名称不区分大小写：

　　接下来，我们假设 AX 和 BX 中的初始数据都是 0000H，看看执行指令后，寄存器中的数据改变。

　　执行完上述表格的最后一条指令后，ax + bx 的结果实际为 1044CH。但 ax 是 16 位寄存器，只能存放 4 位十六进制的数据，所以最高位的 1 被舍弃，结果为 044CH。

　　我们再看一组指令（仍然假设 AX 和 BX 中的初始数据都是 0000H）：

　　程序最后一条指令执行后，运算结果为 158H，但 al 是作为一个独立的 8 位寄存器来使用的，和 ah 没有关系，只能存放两位十六进制的数据。所以最高位的 1 丢失，ax 中的数据为 0058H。要注意，这里说的丢失是指进位制不能在 8 位寄存器中保存，但 CPU 并不是真的丢弃这个进位值。这一点后续会详细讨论。

　　在进行数据传送或运算时，指令的两个操作对象的位数应当是一致的。以下这几种指令是错误用法，务必注意：

1 mov ax,bl
2 mov bh,ax
3 mov al,2000
4 add al,100H

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线性空间，每个内存单元在这个空间中都有唯一的地址，即物理地址。

　　CPU 通过地址总线送入存储器的，必须是一个内存单元的物理地址。CPU 向地址总线上发出物理地址之前，必须先在内部形成这个物理地址。不同的 CPU 有不同的物理地址形成方式。

5. 16 位结构的 CPU

　　前文提到，8086 是 8 位机，也可以说，8086 是 16 位结构的 CPU。

　　简而言之，16 位结构（也表达为 16 位机、字长为 16 位）描述了一个 CPU 具有以下几方面的特性：

• • 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为 16 位。

　　8806 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。

6. 8086 CPU 给出物理地址的方法

　　8086 CPU 有 20 位地址总线，寻址能力达到 1MB。但 8086 CPU 是 16 位结构，如果不经处理，只能发出 16 位地址。因此，8086 CPU 在内部合成两个 16 位地址来形成 20 位物理地址。

8086 CPU 相关部件逻辑结构示意

　　如上图所示，当 8086 CPU 要读写内存时：

• • CPU 中的相关部件提供两个 16 位地址——段地址和偏移地址；
  • 将段地址和偏移地址通过内部总线送入地址加法器；
  • 地址加法器将两个 16 位地址合成为一个 20 位的物理地址；
  • 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；
  • 输入输出控制电路将 20 位物理地址送上地址总线；
  • 20 位物理地址被地址总线传送到存储器。

　　地址加法器采用如下公式，将段地址和偏移地址合成物理地址：

物理地址 = 基础地址（段地址 X 16） + 偏移地址

　　为了更好地理解地址加法器的工作原理，再附上一张示意图：

地址加法器工作原理示意

　　所谓“段地址 X 16”，在计算机学科中有个更常用的描述——左移 4 位。这是因为计算机中的所有信息都是以二进制的形式存储的，从二进制的角度来理解，左移一位，数值就会 X 2。

7. 段地址 X 16 + 偏移地址 = 物理地址的本质

　　本质含义是：CPU 在访问内存时，用一个基础地址（段地址 X 16）和一个相对于基础地质的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址。

　　这种寻址功能是“基础地址+偏移地址=物理地址”这种寻址模式的一种具体实现方案。

8. 段的概念

　　“段地址”这种说法可能会使人误认为内存被划分成了一个一个的段，每一个段有一个段地址。我们不应这样来理解。

　　内存并没有分段，段的划分来自 CPU。8086 CPU 这种“基础地址 + 偏移地址 = 物理地址”的方式使得我们能用分段的方式来管理内存。如下图所示，我们可以认为：地址 10000H~100FFH 的内存单元组成一个段，该段的起始地址是 10000H，段地址是 1000H，大小为 100H。我们也可以认为地址 10000H~1007FH、10080H~100FFH 的内存单元组成两个段，基础地址分别为 10000H、10080H，段地址为 1000H、1008H，大小均为 80H。

内存分段示意

　　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 X 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。因为段的起始地址是段地址 X 16，所以段的起始地址一定是 16 的倍数。偏移地址为 16 位，寻址能力是 64KB，所以一个段的长度最大为 64KB。

　　CPU 可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址。譬如 CPU 要访问 21F60H 单元，则其给出的段地址 SA 和偏移地址 EA 满足 SA X 16 + EA = 21F60H 即可。在 8086 CPU 中，存储单元的地址用两个元素来描述，即段地址和偏移地址。但我们通常不会说“数据在 21F60H 内存单元中”，而是用以下两种说法来表示：

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

9、 段寄存器

　　8086 CPU 在访问内存时要由相关部件提供内存的段地址和偏移地址，送入地址加法器合成物理地址。段地址在 8086 CPU 的段寄存器中存放，8086 CPU 有四个段寄存器：CS、DS、SS、ES。当 8086 CPU 要访问内存时，由这四个段寄存器提供内存单元的段地址。

10. CS 和 IP

　　CS 和 IP 是 8086 CPU 中最关键的两个寄存器，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。在任意时刻，设 CS 中的内容为 M，IP 中的内容为 N，则 8086 CPU 将从内存 MX16+N 单元开始，读取一条指令并执行。也可以这样表示：8086 机中，任意时刻，CPU 将 CS:IP 指向的内容当作指令执行。

8086 PC 读取和执行指令的相关部件

　　上图展示了 8086 CPU 读取、执行指令的工作原理，说明如下：

• • 8086 CPU 当前状态：CS 中的内容为 2000H，IP 中的内容为 0000H；
  • 内存 20000H~20009H 单元存放着可执行的机器码；
  • 内存 20000H~20009H 单元中存放的机器码对应的汇编指令如下：
    • 此处需补图

　　通过以上图解，可知 8086 CPU 工作过程简述如下：

• • 从 CS:IP 指向的内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；
  • IP=IP+所读取指令的长度，从而指向下一条指令；
  • 执行指令。
  • 转到步骤 1，重复以上过程。

　　在 8086 CPU 上电启动或复位后，CS 和 IP 被设置为 CS=FFFFH，IP=0000H，即 CPU 从内存 FFFF0H 单元中读取指令执行，FFFF0H 单元中的指令是 8086 CPU 开机后执行的第一条指令。

　　前文提到，在内存中，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息。CPU 在工作时把有些信息看作指令，有些信息看作数据。那么 CPU 根据什么将内存中的信息看作指令？CPU 将 CS:IP 指向的内存单元中的内容看作指令。换句话说，如果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。

11. 修改 CS、IP 的指令

　　在 CPU 中，程序员能用指令读写的部件只有寄存器，程序员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。

　　前文提到，8086 CPU 中大多数寄存器的值都可以用 mov 来改变，mov 指令也被称为传送指令。但 mov 指令不能用于设置 CS、IP 的值，8086 CPU 为 CS、IP 提供了另外的指令来改变它们的值，此类指令统称为转移指令。

　　若想同时修改 CS、IP 的内容，可用形如”jmp 段地址:偏移地址“的指令完成。例如：

1 jmp 2AE3:3      # 执行后 CS=2AE3H，IP=0003H，CPU将从2AE33H处读取指令
2 jmp 3:0B16      # 执行后 CS=0003H，IP=0B16H，CPU将从00B46H处读取指令

　　若想仅修改 IP 的内容，可用形如”jmp 某一合法寄存器“的指令来完成。例如：

1 jmp ax          # 将ax寄存器中的值送入IP

12. 代码段

　　前面讲到，对于 8086 PC 机，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。我们可以将长度为 N（N ≤ 64）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。因此，我们可以认为这段内存是用来存放代码的，从而定义了一个代码段。

　　譬如我们有一段长度为 10 字节的指令，存放在 123B0H~123B9H 的一组内存单元中。我们可以认为 123B0H~123B9H 这段内存就是用来存放代码的，是一个代码段。其段地址为 123BH，长度为 10 字节。

　　将一段内存当作代码段，只是我们编程时的一种安排。CPU 只认被 CS:IP 指向的内存单元中的内容为指令，并不会自动执行我们定义在代码段中的指令。要让 CPU 执行我们放在代码段中的指令，必须要将 CS:IP 指向代码段中的第一条指令的首地址。

【汇编语言】02-寄存器

原文：https://www.cnblogs.com/murongmochen/p/14106677.html