汇编语言学习笔记（2）寄存器

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寄存器

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，

本章以8086CPU为例讲解寄存器

2.1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。

寄存器的逻辑结构（以AX为例）

8086CPU的上一代CPU中的存器都是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

以AX为例：

16 位寄存器及所分成的两个8位寄存器的数据存储情况：

2.2字在寄存器中的存储

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。

十六进制数据表示：由于一个存储单元可存放8位数据，CPU中的寄存器又可存放n个8位的数据。也就是说，计算机中的数据大多是由1~N个8位数据构成的。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。这种表示方法便于许多问题的直观分析。在以后的课程中，我们多用十六进制来表示一个数据。

2.3几条汇编指令

例1：

指令不区分大小写。执行上述指令后，数据变化如下：

AX数据为044CH。分析：程序段中的最后一条指令 add ax,bx，在执行前 ax和bx中的数据都为8226H，相加后所得的值为:1044CH，但是ax为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不能在ax中保存，ax中的数据为:044CH。

例2：

AX数据为0058H。分析：程序段中的最后一条指令 add al,93H，在执行前，al中的数据为C5H，相加后所得的值为:158H，但是al为8位寄存器，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。此时al是作为一个独立的8位寄存器来使用的，和ah没有关系。

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，

错误示例:

mov ax bl  (在8位寄存器和16位寄存器之间传送数据)

mov bh ax  (在16位寄存器和8位寄存器之间传送数据)

mov al 20000  (8位寄存器最大可存放值为255的数据)

add al 100H  (将一个高于8位的数据加到一个8位寄存器中)

检测点2.1

1.写出每条汇编指令执行后相关寄存器中的值

F4A3H  31A3H  3123H  6246H  826CH  6246H 

汇编指令	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

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

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

2.4物理地址

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。

2.5 16 位结构的 CPU

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。

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。

2.6 8086CPU给出物理地址的方法

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。

逻辑结构：

如上图所示，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，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)。

“段地址x16”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。

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x16的运算?就是将以二进制形式存放的段地址左移4位。

一个X进制的数据左移1位，相当于乘以X

2.7“段地址x16+偏移地址=物理地址”的本质含义

段地址x16+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x16)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。

 “基础地址+偏移地址=物理地址”

举例说明：

2.8 段的概念

用分段的方式来管理内存。地址连续的内存单元看作一个段，用段地址x16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。

例：

图1地址10000H~100FFH的内存单元组成个段，该段的起始地址(基础地址)为10000H，段地址为1000H，大小为100H;图2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。

有两点需要注意:段地址x16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。

小结

结论1: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SAX16+EA=21F60H 即可。

结论2: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。

比如给定段地址1000H，用偏移地址寻址，CPU的寻址范围为:10000H~1FFFFH。

结论3：存储单元的地址用两个元素来描述，即段地址和偏移地址。

比如“数据在 21F60H内存单元中。” 应表述为 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。

检测点2.2

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00010H~1000FH

分析：物理地址=SA*16+EA

最小值: 0001H*16+0H=00010H

最大值: 0001H*16+FFFFH=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

分析：20000H=SA*16+EA

最大值: 20000H=SA*16+0H  ==> SA*16=20000H

最小值: 20000H=SA*16+FFFFH  ==> SA*16=10001H 结果与段地址的定义冲突，是无效地址，所以要往右找最近的符合定义的有效地址为10010H，倒推到段地址即为1001H。

3.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>2000H或SA<1000H
分析：20000H=SA*16+EA

EA的取值范围是0H~FFFFH

当SA*16+0>20000H时, 得到SA>2000H

当SA*16+FFFFH<20000H时, 得到SA<1000H

2.9段寄存器

段地址在8086CPU的段寄存器中存放。4个段寄存器:CS、DS、SS、ES。

2.10 CS 和 IP

CS为代码段寄存器，IP为指令指针寄存器，设CS中的内容为M，IP中的内容为N，8086CPU将从内存 Mx16+N单元开始，读取一条指令并执行。CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。

工作原理：

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。

工作过程：

初始状态:

（1）CS中的内容为2000H，IP中的内容为0000H;

（2）内存 20000H~20009H单元存放着可执行的机器码;

（3）内存20000H~20009H单元中存放的机器码对应的汇编指令如下。

地址:20000H~20002H，内容:B8 23 01，长度:3Byte，对应汇编指令:mov ax,0123H

地址:20003H~20005H，内容:BB 03 00，长度:3Byte，对应汇编指令:mov bx,0003H

地址:20006H~20007H，内容:89 D8，长度:2Byte，对应汇编指令:mov ax,bx

地址:20008H~20009H，内容:01 D8，长度:2Byte，对应汇编指令:add ax,bx

CS:2000H，IP:0000H，CPU将从内存2000Hx16+0000H处读取指令执行

CS、IP中的内容送入地址加法器(地址加法器完成:物理地址=段地址X16+偏移地址)

地址加法器将物理地址送入输入输出控制电路

输入输出控制电路将物理地址 20000H送上地址总线

从内存 20000H 单元开始存放的机器指令B8 23 01通过数据总线被送入CPU

输入输出控制电路将机器指令 B8 23 01送入指令缓冲器

IP 中的值自动增加。读取一条指令后，IP 中的值自动增加，以使 CPU可以读取下一条指令。因当前读入的指令 B8 23 01长度为3个字节，所以IP 中的值加 3。此时，CS:IP指向内存单元2000:0003。

执行控制器执行指令 B8 23 01(即 mov ax,0123H)

指令 B8 23 01 被执行后 AX 中的内容为 0123H

在8086CPU加电启动或复位后(即CPU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FFFFOH单元中读取指令执行，FFFFOH单元中的指令是8086PC机开机后执行的第一条指令。

2.11 修改 CS、IP 的指令

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

指令执行前:bx=0B16H，CS=2000H，IP=0003Hjmp bx,

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。

例：写出指令执行序列

1. mov ax,6622H
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

分析：

1. 当前 CS=2000H，IP-0000H，则CPU从内存2000HX16+0=20000H处读取指读入的指令是:B82266(mov ax,6622H)，读入后IP=IP+3=0003H;
2. 指令执行后，CS=2000H，IP=0003H，则CPU从内存2000HX16+0003H=20003H处读取指令，读入的指令是:EA03000010jmp1000:0003)，读入后IP=IP+5=0008H:
3. 指令执行后，CS=1000H，IP=0003H，则CPU从内存1000HX16+0003H=10003H处读取指令，读入的指令是:B80000(movax.0000)，读入后IP=IP+3=0006H;
4. 指令执行后，CS=1000H，IP=0006H，则CPU从内存1000Hx16+0006H=10006H 处读取指令，读入的指令是:8BD8(movbx,ax)，读入后IP=IP+2=0008H;
5. 指令执行后，CS=1000H，IP=0008H，则CPU从内存1000HX16+0008H=10008H处读取指令，读入的指令是:FFE3(jmpbx)，读入后IP=IP+2=000AH;
6. 指令执行后，CS=1000H，IP=0000H，CPU从内存10000H处读取指令

2.12 代码段

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。

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。

检测点2.3

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

4次。IP值为ax=0000H。

分析：读取指令后CPU立刻修改IP，jmp ax读取完成时IP已修改三次，执行jmp ax时将ax的值赋给了IP，所以一共修改了4次。

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