汇编语言知识点总结之二：第二章《寄存器》

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-11-20 10:53 705阅读 0赞

一个典型的CPU由**运算器、控制器、寄存器**等器件组成：

*  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，在他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。

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。

![20201028162812594.png][]

一个16位寄存器可以存储一个16位的数据。

一个16位寄存器所能存储的数据的最大值为多少？答案：2^16-1。

**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

以AX为例，8086CPU的16位寄存器分为两个8位寄存器的情况：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

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 ###

一个字包含两个字节；

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

十六进制的一位相当于二进制的四位；十六进制表示数据的后面加H，在二进制表示数据的后面加B，十进制表示数据的后面什么也不加。

如：十进制：20000，十六进制：4E20H，二进制：0100111000100000B；

### 3、几条汇编指令 ###

**汇编指令不区分大小写!**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

如下所列的程序段中，执行每条指令后，对寄存器中数据进行的改变？

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

执行指令后AX中的数据为多少？

答：8226H+8226H=1044CH；即044CH

![2020102910155767.png][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

执行指令后AX中的数据为多少？

答：C5H+93H=158H；即58H；

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

**注意：指令的两个操作对象，的位数一定要相同！**

**监测点2.1：**

（1）写出每条汇编指令执行后相关寄存器中的值：

MOV ax, 62627 AX=F4A3H //16位存放最大数据为 2^16-1=65536

MOV ah, 31H AX=31A3H

MOV al, 23H AX=3123H

ADD ax, ax AX=6246H

MOV bx, 826CHH 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 , 2 AX=02H

ADD ax , ax AX=04H

ADD ax , ax AX=08H

ADD ax , ax AX=10H

### 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。

概括的讲，16位结构描述了一个CPU具有以下几个方面特征：

1、运算器一次最多可以处理16位的数据。

2、寄存器的最大宽度为16位。

3、寄存器和运算器之间的通路是16位的。

8086CPU有20位地址总线，可以传送20位地址，达到1MB的寻址能力。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，表现出的寻址能力只有64KB。

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。其逻辑结构如下所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

8086CPU读写内存时，给出物理地址过程：

（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和成物理地址。

> 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。

**物理地址=段地址\*16 + 偏移地址** **/（物理地址＝****SA\*16+EA）** 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。

###  5、段的概念 ###

内存并没有分段，段的划分来自于CPU，由于8086CPU用“**（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。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

以后，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。

（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。

**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。

**（1）观察下面的地址，读者有什么发现？**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 10][]

结论：CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成同一个物理地址。

**（2）如果给定一个段地址，仅通过变化偏移地址来进行寻址，最多可以定位多少内存单元？**

**结论：**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64K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。

> 备注：“数据在21F60H内存单元中。”对于8086 PC机这句话一般不这样讲，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2000段中的1F60单元中。
> 
> 这两种描述都表示“数据在内存21F60单元中”。

**监测点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 0010H 到 1000FH

> 解题过程：
> 
> 物理地址＝SA\*16+EA 
> 
> EA的变化范围为0h~ffffh 
> 
> 物理地址范围为(SA\*16+0h)~(SA\*16+ffffh) 
> 
> 现在SA=0001h,那么寻址范围为 
> 
> (0001h\*16+0h)~(0001h\*16+ffffh) 
> 
> =0010h~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。

> 解题过程：
> 
> 物理地址＝SA\*16+EA 
> 
> EA的变化范围为0h~ffffh 
> 
> 即：20000H=SA\*16+EA；SA=（20000H-EA）/16= **2000H-EA/16；**
> 
> EA取最大值时,SA=2000h - ffffh/16=1001h,SA为最小值 
> 
> EA取最小值时,SA=2000h - 0h/16=2000h,SA为最大值

### 6、段寄存器 ###

**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；

**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。**

8086CPU读取和执行指令相关部件：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 11][]

8086CPU工作过程 简要描述:

（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；

> 我们在第一章中讲过，在内存中，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息，CPU在工作的时候把所有的信息看作指令，有的信息看作数据。现在，如果提出一个问题：CPU根据什么将内存中的信息看作指令？读者如何回答？**我们可以说，CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令**，因为，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。如果说，内存中的一段信息曾被CPU执行过的话，那么，它所在的内存单元必然被CS:IP指向过。

**修改CS、IP的指令：**

1、传送指令：MOV 指令可以改变8086CPU大部分寄存器的值，被称为传送指令。但是MOV指令不能用于设置CS、IP的值。

2、转移指令：

同时修改CS、IP的内容：

> （2）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。
> 
> 2、仅修改 IP 的内容：
> 
> jmp 某一合法寄存器
> 
> jmp ax（类似 MOV IP，ax）
> 
> jmp bx
> 
> 功能：用寄存器中的值修改IP。

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

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1d3VrdTEyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 12][]

问题分析结果：

*  (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

### 7、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。

例如：

![20201101114639693.png][]

这段长度为 10 字节的字节的指令，存在从123B0H~123B9H的一组内存单元中，我们就可以认为，123B0H~123B9H这段内存单元是用来存放代码的 ，是一个代码段 ，它的段地址为123BH，长度为10字节。

> **小结：**
> 
> 1、段地址在8086CPU的寄存器中存放。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。
> 
> 2、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。
> 
> 3、8086CPU的工作过程：
> 
>  *  (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指向下一条指令；
>  *  (3) 执行指令。(转到步骤 (1)，重复这个过程。)
> 
> 4、8086CPU提供转移指令修改CS、IP的内容。

**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

答：修改4次：第一次在CPU读取 “mov ax ，bx”后，第二次在CPU读取 “sub ax ,ax”后，第三次在CPU读取“jmp ax”后，第四次在CPU执行完“mov ax,bx”后，最后IP中的值为0.

**实验1：**

查看CPU和内存，用机器指令和汇编指令编程

*  R命令查看、改变CPU寄存器的内容；
 *  D命令查看内存中的内容；
 *  E命令改写内存中的内容；
 *  U命令将内存中的机器指令翻译成汇编指令；
 *  T命令执行一条机器指令；
 *  A命令以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令。

参考：

[win10环境下如何运行debug][win10_debug]

[汇编环境的搭建（windows 10 + debug）][windows 10 _ debug]

[20201028162812594.png]: /images/20221120/c63d25cc3b544c9ebb039f5ea690fbfe.png
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[20201101114639693.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201101114639693.png
[win10_debug]: https://www.cnblogs.com/wulimax/archive/2019/04/17/10723688.html
[windows 10 _ debug]: https://blog.csdn.net/lanchunhui/article/details/78151569