寄存器(CPU工作原理)

文章目录

• 寄存器(CPU工作原理)
• • 1. 通用寄存器
  • 2. 字在寄存器中的存储
  • 3. 几条汇编指令
  • 4. 物理地址
  • 5. 16位结构的CPU
  • 6. 8086CPU给出物理地址的方法
  • 7. 段的概念
  • 8. 段寄存器
  • 9 . CS和IP
  • 10. 修改CS、IP的指令
  • 11. 代���段

    寄存器(CPU工作原理)

    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。

    1. 通用寄存器

    8086CPU所有的寄存器都是16位的，可以存放两个字节。

    AX、BX、CX、DX 通常用来存放一般性数据被称为通用寄存器。

    8086上一代CPU中的寄存器都是8位的；

    为保证兼容性，这四个寄存器都可以分为两个独立的8位寄存器使用。

    • 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。

      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

      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。

      3. 几条汇编指令

      注：汇编指令不分大小写

      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。

      我们将这个唯一的地址称为物理地址。

      5. 16位结构的CPU

      概括的讲，16位结构描述了一个CPU具有以下几个方面特征：

      • 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是16位的。

        6. 8086CPU给出物理地址的方法

        8086有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力为1M。

        但8086内部为16位结构，它只能传送16位的地址，表现出的寻址能力却只有64K。

        因此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。

        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，此时，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）。

        7. 段的概念

        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。

        注意：

        1）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；

        2）偏移地址为16位，16 位地址的寻址能力为 64K，所以一个段的长度最大为64K。

        8. 段寄存器

        段寄存器就是提供段地址的。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。

        9 . CS和IP

        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。

        在任何时候，CPU将CS、IP中的内容当作指令的段地址和偏移地址，用它们合成指令的物理地址，到内存中读取指令码，执行。

        工作流程：

        （1）从CS:IP指向内存单元读取指令，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。

        在 8086CPU 加电启动或复位后（ 即 CPU刚开始工作时）CS和IP被设置为CS=FFFFH，IP=0000H。

        即在8086PC机刚启动时，CPU从内存FFFF0H单元中读取指令执行。

        FFFF0H单元中的指令是8086PC机开机后执行的第一条指令。

        10. 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，程序员可以通过改变CS、IP中的内容来控制CPU执行目标指令。

        同时修改CS、IP的内容：

        jmp 段地址：偏移地址

        jmp 2AE3:3

        jmp 3:0B16

        功能：用指令中给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。

        仅修改IP的内容：

        jmp 某一合法寄存器

        jmp ax （类似于 mov IP,ax）

        jmp bx

        功能：用寄存器中的值修改IP。

        案例分析：

        内存中存放的机器码和对应汇编指令情况： （初始：CS=2000H，IP=0000H）

        （1）mov ax,6622

        （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

        11. 代码段

        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。

        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，这段内存是用来存放代码的，从而定义了一个代码段。

        当我们要执行该代码段时，只需将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址。