汇编语言第二章寄存器（笔记、习题及拓展知识）（王爽汇编语言第四版）

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一、寄存器基础知识

​ 一个典型的CPU(此处讨论的不是某一具体的CPU)由运算器、控制器、寄存器(CPU 工作原理)等器件构成，这些器件靠内部总线相连。前一章所说的总线，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。简单地说，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进行工作；
●内部总线连接各种器件，在它们之间进行数据的传送。

​ 对于一个汇编程序员来说，CPU中的主要部件是寄存器。寄存器是CPU中程序员可以用指令读写的部件。程序员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,寄存器的个数、结构是不相同的。8086CPU有14个寄存器，每个寄存器有一个名称。这些寄存器是：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、 DS、ES、PSW。

1、通用寄存器

​ 8086CPU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的数据，被称为通用寄存器。

​ 8086CPU的上一代CPU中的寄存器都是8位的，为了保证兼容，使原来基于上代CPU编写的程序稍加修改就可以运行在8086之上，8086CPU的AX、BX、CX、DX这4 个寄存器都可分为两个可独立使用的8位寄存器来用：

​ ● AX可分为AH和AL;
● BX可分为BH和BL;
● CX可分为CH和CL;
● DX可分为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

​ 出于对兼容性的考虑，8086CPU可以一次性处理以下两种尺寸的数据。
●字节：记为byte,一个字节由8个bit组成，可以存在8位寄存器中
​ ●字：记为word,一个字由两个字节组成，这两个字节分别称为这个字的高位字节和低位字节

​ 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。如下图所示，一个字型数据20000,存在AX寄存器中，在AH中存储了它的高8位，在AL中存储了它的低8位。AH和AL中的 数据，既可以看成是一个字型数据的高8位和低8位，这个字型数据的大小是20000;又可以看成是两个独立的字节型数据，它们的大小分别是78和32。

注：计算机里所使用数制
任何数据，到了计算机中都是以二进制的形式存放的。但为了方便我们一般将其用十六进制数来表示。理由如下：

• 十六进制数的一位相当于二进制数的四位，如0100111000100000可表示成：4(0100)、E(1110)、2(0010)、0(0000)四位十六进制数。
• 很多时候，需要直观地看出组成数据的各个字节数据的值，用十六进制来表示数据可以直观地看出这个数据是由哪些8位数据构成的。比如20000写成4E20就可以直观地看出，这个数据是由4E和20两个8位数据构成的，如果AX中存放4E20,则AH里是4E,AL里是20。

3、几条汇编指令

汇编指令	控制CPU完成的操作	用高级语言的语法描述
mov ax,18	将18送入寄存器AX	AX=18
mov ah,78	将78送入寄存器AH	AH=78
add ax,8	将寄存器AX中的数值加上8	AX=AX+8
mov ax,bx	将寄存器BX中的数据送入寄存器AX	AX=BX
add ax,bx	将AX和BX中的数值相加，结果存在AX中	AX=AX+BX

注：

• 在写一条汇编指令或一个寄存器的名称时不区分大小写

• CPU在执行时会认为ah和al为两个不相关的寄存器

• 在进行数据传送或运算时，要注意指令的两个操作对象的位数应当是一致的

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，每一个内存单元在这个空间中都有唯一的地址，我们将这个唯一的地址称为物理地址。
​ 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。在CPU向地址总线上发出物理地址之前，必须要在内部先形成这个物理地址。不同的CPU可以有不同的形成物理地址的方式。

5、16位结构的CPU

​ 8086CPU的上一代CPU(8080、8085)等是8位机，而8086是16位机，也可以说8086是16位结构的CPU。
​ 概括地讲，16位结构(16位机、字长为16位等常见说法，与16位结构的含义相同) 描述了一个CPU具有下面几方面的结构特性。
●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
​ 8086是16位结构的CPU,这也就是说，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。

6、8086CPU给出物理地址的方法

​ 8086CPU有20位地址总线，可以传送20位地址，达到1MB寻址能力。8086CPU又是16位结构，在内部一次性处理、传输、暂时存储的地址为16位。从8086CPU的内部结构来看，如果将地址从内部简单地发出，那么它只能送出16位的地址，表现出的寻址能力只有64KB。

​ 这是因为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。

如图所示，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×16+偏移地址的方法用段地址和偏移地址合成物理地址

注：段地址x16

​ “段地址×16”有一个更为常用的说法是左移4位。计算机中的所有信息都是以二进制的形式存储的，段地址当然也不例外。机器只能处理二进制信息，“左移4位”中的位，指的是二进制位。

我们看一个例子，一个数据为2H,二进制形式为10B, 对其进行左移运算：

左移位数	二进制	十六进制	十进制
0	10B	2H	2
1	100B	4H	4
2	1000B	8H	8
3	10000B	10H	16
4	100000B	20H	32

观察上面移位次数和各种形式数据的关系，我们可以发现：

(1)一个数据的二进制形式左移1位，相当于该数据乘以2

(2)一个数据的二进制形式左移N 位，相当于该数据乘以2的N 次方

(3)地址加法器如何完成段地址×16的运算?就是将以二进制形式存放的段地址左移4位

进一步思考，我们可看出：一个数据的十六进制形式左移1位，相当于乘以16:一个数据的十进制形式左移1位，相当于乘以10;一个X进制的数据左移1位，相当于乘以X。

7、”段地址×16+偏移地址=物理地址“的本质含义

​ “段地址×16+偏移地址=物理地址”的本质含义是：CPU在访问内存时，用一个基础地址(段地址×16)和一个相对于基础地址的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址。

8、段的概念

​ 内存并没有分段，段的划分来自于CPU,由于8086CPU用“基础地址(段地址×16)+偏移地址=物理地址”的方式给出内存单元的物理地址，使得我们可以用分段的方式来管理内存。如图所示，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(基础地址)为10000H, 段地 址为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，它们的起始地址(基础地址)为：10000H和10080H,段地址为：1000H和1008H,大小都为80H。

​ 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。有两点需要注意：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；偏移地址 为16位，16位地址的寻址能力为64KB, 所以一个段的长度最大为64KB。

内存单元地址小结

• CPU访问内存单元时，必须向内存提供内存单元的物理地址。8086CPU在内部用段地址和偏移地址移位相加的方法形成最终的物理地址
• CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址，比如CPU要访问21F60H单元，则它给出的段地址SA和偏移地址EA满足SA×16+EA=21F60H即可
• 如果给定一个段地址，仅通过变化偏移地址来进行寻址，最多可定位64KB个内存单元（偏移地址16位，变化范围为0-FFFFH,仅用偏移地址来寻址最多可寻64KB个内存单元）
• “数据在21F60H内存单元中。”这句话对于8086PC机一般不这样讲，取而代之的是两种类似的说 法：①数据存在内存2000:1F60单元中；②数据存在内存的2000H段中的1F60H单元中。这两种描述都示“数据在内存21F60H单元中”
• 可以根据需要，将地址连续、起始地址为16的倍数的一组内存单元定义为一个段

9、段寄存器

​ 8086CPU在访问内存时要由相关部件提供内存单元的段地址和偏移地址，送入地址加法器合成物理地址。其中段地址在8086CPU的段寄存器中存放。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。

10、CS和IP

​ CS和IP是8086CPU中两个最关键的寄存器，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，从名称上我们可以看出它们和指令的关系。
​ 在8086PC机中，任意时刻，设CS中的内容为M,IP中的内容为N,8086CPU将从内存M×16+N单元开始，读取一条指令并执行。
也可以这样表述：8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。

​ 8086CPU的工作过程可以简要描述如下：
​ (1)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
(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

11、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，程序可以通过改变CS、IP中的内容来控制CPU执行目标指令。
​ 8086CPU大部分寄存器的值，都可以用mov指令来改变，mov指令被称为传送指令。
但是，mov指令不能用于设置CS、IP的值，原因很简单，因为8086CPU没有提供这样的功能。8086CPU为CS、IP提供了另外的指令来改变它们的值。能够改变CS、IP的内容的指令被统称为转移指令(我们以后会深入研究)。我们现在介绍一个最简单的可以修改CS、IP的指令：jmp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，如
  jmp 2AE3:3,执行后：CS=2AE3H,IP=0003H,CPU将从2AE33H处读取指令。
  jmp 3:0B16,执行后：CS=0003H,IP=0B16H,CPU将从00B46H处读取指令。 “jmp段地址：偏移地址”指令的功能为：用指令中给出的段地址修改CS,偏移地址修改IP。

• 若想仅修改IP的内容，可用形如“jmp 某一合法寄存器”的指令完成，如

  jmp ax,指令执行前：ax=1000H,CS=2000H,IP=0003H 指令执行后：ax=1000H,CS=2000H,IP=1000H
  jmp bx,指令执行前：bx=0B16H,CS=2000H,IP=0003H 指令执行后：bx=0B16H,CS=2000H,IP=0B16H
  jmp某一合法寄存器”指令的功能为：用寄存器中的值修改IP。

12、代码段

​ 前面讲过，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。我们可以将长度为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，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。比如，将

mov ax,0000									(B8 00 00)
add ax,0123H								(05 23 01)
mov bx,ax									(8B D8)
jmp bx										(FF E3)

​ 这段长度为10个字节的指令，存放在123BOH~123B9H 的一组内存单元中，我们就可以认为，123BOH~123B9H这段内存是用来存放代码的，是一个代码段，它的段地址为123BH, 长度为10个字节。

如何使得代码段中的指令被执行呢?将一段内存当作代码段，仅仅是我们在编程时的一种安排，CPU 并不会由于这种安排，就自动地将我们定义的代码段中的指令当作指令来执行。CPU 只认被 CS:IP 指向的内存单元中的内容为指令。所以，要让 CPU 执行我们 放在代码段中的指令，必须要将CS:IP 指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。对于上面的例子，我们将一段代码存放在123BOH~123B9H内存单元中，将其定义为代码段，如果要让这段代码得到执行，可设CS=123BH 、IP=0000H。

小结

• 段地址在8086CPU的段寄存器中存放。当8086CPU要访问内存时，由段寄存器提供内存单元的段地址。8086CPU有4个段寄存器，其中CS用来存放指令的段地址。
• CS存放指令的段地址，IP存放指令的偏移地址。8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。
• 8086CPU的工作过程：
  ①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；
  ②IP指向下一条指令；
  ③执行指令。(转到步骤①,重复这个过程
• 8086CPU提供转移指令修改CS、IP的内容。

二、检测习题

检测点1

(1)写出每条汇编指令执行后相关寄存器中的值。

mov ax,62627	AX=
mov ah,31H	AX=
mov al,23H	AX=
add ax,ax	AX=
mov bx,826CH	BX=
mov cx,ax	CX=
mov ax,bx	AX=
add ax,bx	AX=
mov al,bh	AX=
mov ah,bl	AX=
add ah,ah	AX=
add al,6	AX=
add al,al	AX=
mov ax,cx	AX=

(2)只能使用目前学过的汇编指令，最多使用4条指令，编程计算2的4次方。

检测点2

(1)给定段地址为0001H,仅通过变化偏移地址寻址，CPU的寻址范围为_____到_____。
(2)有一数据存放在内存20000H单元中，现给定段地址为SA,若想用偏移地址寻 到此单元。则SA应满足的条件是：最小为_____,最大为_____。
提示，反过来思考一下，当段地址给定为多少，CPU无论怎么变化偏移地址都无法寻到20000H单元?

检测点3

下面的3条指令执行后，CPU 几次修改IP? 都是在什么时候?最后IP中的值是多少?

mov ax,bx
sub ax,ax
jmp ax

三、习题答案

检测点1

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

只能使用目前学过的汇编指令，最多使用4条指令，编程计算2的4次方。

mov ax,2
add ax,ax
add ax,ax
add ax,ax

检测点2

(1)给定段地址为0001H,仅通过变化偏移地址寻址，CPU的寻址范围为__00010H_到1000FH__。
(2)有一数据存放在内存20000H单元中，现给定段地址为SA,若想用偏移地址寻 到此单元。则SA应满足的条件是：最小为1001H,最大为2000H___。
提示，反过来思考一下，当段地址给定为多少，CPU无论怎么变化偏移地址都无法寻到20000H单元?
SA<=1000H 或 SA>2000H

检测点3

下面的3条指令执行后，CPU 几次修改IP? 都是在什么时候?最后IP中的值是多少?

mov ax,bx
sub ax,ax
jmp ax

四次；分别在：

1. 读取mov ax,bx后
2. 读取sub ax,ax后
3. 读取jmp ax后
4. 执行jmp ax后

四、拓展知识之Intel系列微处理器的3种工作模式

​ 微机中常用的Intel系列微处理器的主要发展过程是： 8080,8086/8088,80186,80286,80386,80486,Pentium,Pentium Ⅱ,PentiumlII,Pentium4

​ 8086/8088是一个重要的阶段，8086和8088是略有区别的两个功能相同的CPU。 8088被IBM用在了它所生产的第一台微机上，该微机的结构事实上成为以后微机的基本结构。

​ 80386是第二个重要的型号，随着微机应用及性能的发展，在微机上构造可靠的多任务操作系统的问题日益突出。人们希望(或许是一种潜在的希望，一旦被挖掘出来，便形成了一个最基本的需求)自己的PC机能够稳定地同时运行多个程序，同时处理多项工作；或将PC机用作主机服务器，运行UNIX那样的多用户系统。
8086/8088不具备实现一个完善的多任务操作系统的功能。为此Intel开发了80286, 80286具备了对多任务系统的支持。但对8086/8088的兼容却做得不好。这妨碍了用户对原8086机上的程序的使用。IBM最早基于80286开发了多任务系统OS/2,结果犯了一个战略错误。

​ 随后Intel又开发了80386微处理器，这是一个划时代的产品。它可以在以下3个模式下工作。
​ (1)实模式：工作方式相当于一个8086。
(2)保护模式：提供支持多任务环境的工作方式，建立保护机制(这与VAX等小型机类似)。
​ (3)虚拟8086模式：可从保护模式切换至其中的一种8086工作方式。这种方式的提供使用户可以方便地在保护模式下运行一个或多个原8086程序。

​ 任何一台使用Intel系列CPU的PC机只要一开机，CPU就工作在实模式下。如果你的机器装的是DOS, 那么在 DOS 加载后CPU仍以实模式工作。如果你的机器装的是Windows, 那么Windows 加载后，将由Windows将CPU 切换到保护模式下工作，因为Windows是多任务系统，它必须在保护模式下运行。如果你在Windows中运行一个DOS下的程序，那么 Windows 将CPU切换到虚拟8086模式下运行该程序。或者是这样，你点击开始菜单在程序项中进入MS-DOS 方式，这时，Windows也将CPU切换到虚拟8086模式下运行。

​ 可以从保护模式直接进入能运行原8086程序的虚拟8086模式是很有意义的，这为用 户提供了一种机制，可以在现有的多任务系统中方便地运行原8086系统中的程序。这一点，在Windows 中我们都可以体会到，你在Windows 中想运行一个原DOS中的程序， 只用鼠标点击一下它的图标即可。80286CPU的缺陷在于，它只提供了实模式和保护模式，但没有提供虚拟8086模式。这使基于80286构造的多任务系统，不能方便地运行原8086系统中的程序。如果运行原8086系统中的程序，需要重新启动计算机，使CPU工作在实模式下才行。这意味着什么?意味着将给用户造成很大的不方便。假设你使用的是基于80286构造的Windows 系统，就会发生这样的情况：你正在用Word写一篇论文，其中用到了一些从前的数据，你必须运行原DOS下的DBASE系统来看一下这些数据。这时你只能停下现有的工作，重新启动计算机，进入实模式工作。你看完了数据，继续写论文，可过了一会儿，你发现又有些数据需要参考，于是你又得停下现有的工作，重新启动计算机……

​ 幸运的是，我们用的Windows 是基于80386的，我们可以以这样轻松的方式工作，开两个窗口，一个是工作于保护模式的Word, 一个是工作于虚拟8086模式的DBASE, 我们可以方便地在两个窗口中切换，只要用鼠标点一下就行。
着将给用户造成很大的不方便。假设你使用的是基于80286构造的Windows 系统，就会发生这样的情况：你正在用Word写一篇论文，其中用到了一些从前的数据，你必须运行原DOS下的DBASE系统来看一下这些数据。这时你只能停下现有的工作，重新启动计算机，进入实模式工作。你看完了数据，继续写论文，可过了一会儿，你发现又有些数据需要参考，于是你又得停下现有的工作，重新启动计算机……

​ 幸运的是，我们用的Windows 是基于80386的，我们可以以这样轻松的方式工作，开两个窗口，一个是工作于保护模式的Word, 一个是工作于虚拟8086模式的DBASE, 我们可以方便地在两个窗口中切换，只要用鼠标点一下就行。

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