常用的寄存器（& bss段的作用）

ゞ浴缸里的玫瑰 2024-04-19 13:41 60阅读 0赞

**一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个组成的**。这样的概念，不知道最初来源于哪里的规定，但在当前的计算机程序设计中是很重要的一个基本概念。而且在嵌入式系统的设计中也非常重要，牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配，存储单元占用空间大小的问题。

在采用段式内存管理的架构中（比如intel的80x86系统），**bss段（Block Started by Symbol segment）**通常是指**用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域** ，一般在**初始化时bss 段部分将会清零**。**bss段属于静态内存分配，即程序一开始就将其清零了**。在C语言之类的程序编译完成之后，**已初始化的全局变量保存在.data 段中，未初始化的全局变量保存在.bss 段中** 。  
    在《Programming ground up》里对.bss的解释为：There is another section called the .bss. This section is like the data section, except that **it doesn’t take up space in the executable**.  
   **text和data段都在可执行文件中（在嵌入式系统里一般是固化在镜像文件中），由系统从可执行文件中加载；而bss段不在可执行文件中，由系统初始化。**

寄存器一般分为以下几类

**4个数据寄存器(EAX、EBX、ECX和EDX)  
2个变址和指针寄存器(ESI和EDI) 2个指针寄存器(ESP和EBP)  
6个段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS)  
1个指令指针寄存器(EIP) 1个标志寄存器(EFlags)  **

①数据寄存器

AX称为**累加器(Accumulator**)，**用累加器进行的操作可能需要更少时间**。累加器可用于乘、除、输入/输出等操作，它们的**使用频率很高**；  
BX称为**基地址寄存器(Base Register)。它可作为存储器指针来使用；**  
CX称为**计数寄存器(Count Register**)。在循环和字符串操作时，要用它来**控制循环次数**；在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数；  
DX称为**数据寄存器(Data Register**)。在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算，也可用于存放I/O的端口地址。

在16位CPU中，AX、BX、CX和DX不能作为基址和变址寄存器来存放存储单元的地址，但在32位CPU中，其**32位寄存器EAX、EBX、ECX和EDX不仅可传送数据、暂存数据保存算术逻辑运算结果**，**而且也可作为指针寄存器，所以，这些32位寄存器更具有通用性。**

②变址和指针寄存器(ESI和EDI)

寄存器ESI、EDI、SI和DI统称为**变址寄存器(Index Register**)，主要用于**存放存储单元在段内的偏移量** ， 通过它们可实现多种存储器操作数的寻址方式，为**以不同的地址形式访问存储单元提供方便**。作为通用寄存器，也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果 。 **它们可作一般的存储器指针使用。在字符串操作指令的执行过程中，对它们有特定的要求，且具有特殊的功能**

③指针寄存器(ESP和EBP)

32位CPU有2个32位通用寄存器EBP和ESP。**其低16位对应先前CPU中的BP和SP**，低16位数据的存取不影响高16位的数据。

寄存器EBP、ESP、BP和SP称为指针寄存器(Pointer Register)，主要**用于存放堆栈内存储单元的偏移量，用它们可实现多种存储器操作数的寻址方式，为以不同的地址形式访问存储单元提供方便。 作为通用寄存器，也可存储算术逻辑运算的操作数和运算结果。**

它们主要用于访问堆栈内的存储单元，并且规定：

**BP为基指针(Base Pointer)寄存器，用它可直接存取堆栈中的数据；  
SP为堆栈指针(Stack Pointer)寄存器，用它只可访问栈顶 。**

④段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS)

CS——代码段 寄存器(Code Segment Register)，其值为**代码段的段值**；  
DS——数据段 寄存器(Data Segment Register)，其值为**数据段的段值**；  
SS——堆栈段 寄存器(Stack Segment Register)，其值为**堆栈段**的段值；

ES——附加段寄存器(Extra Segment Register)，其值为**附加数据段**的段值；

FS——附加段寄存器(Extra Segment Register)，其值为**附加数据段**的段值；  
GS——附加段寄存器(Extra Segment Register)，其值为**附加数据段**的段值。

在16位CPU系统中，它只有4个段寄存器.在32位微机系统中，它有6个段寄存器.

32位CPU有两个不同的工作方式：实模式和保护模式。在每种方式下，段寄存器的作用是不同的。有关规定简单描述如下：

**实模式： 前4个段寄存器CS、DS、ES和SS与先前CPU中的所对应的段寄存器的含义完全一致**，内存单元的逻辑地址仍为“**段值：偏移量**”的形式。为**访问某内存段内的数据，必须使用该段寄存器和存储单元的偏移量**。  
保护模式： 在此方式下，情况要复杂得多，**装入段寄存器的不再是段值，而是称为“选择子”(Selector)的某个值** 。

注：这里特别提供FS寄存器的偏移说明

FS寄存器指向当前活动线程的TEB结构（线程结构）  
偏移 说明  
000 指向SEH链指针  
004 线程堆栈顶部  
008 线程堆栈底部  
00C SubSystemTib  
010 FiberData  
014 ArbitraryUserPointer  
018 FS段寄存器在内存中的镜像地址  
020 进程PID  
024 线程ID  
02C 指向线程局部存储指针  
030 PEB结构地址（进程结构）  
034 上个错误号

举例：

POP DWORD PTR FS:\[004\]

这个句指令的意思就是将堆栈顶部的4个字节的字符弹栈出去！

⑤指令指针寄存器(EIP)

32位CPU把指令指针扩展到32位，并记作EIP，**EIP的低16位与先前CPU中的IP作用相同**。

**指令指针EIP、IP(Instruction Pointer)是存放下次将要执行的指令在代码段的偏移量**。在具有预取指令功能的系统中，下次要执行的指令通常已被预取到指令队列中，除非发生转移情况。所以，在理解它们的功能时，不考虑存在指令队列的情况。

在实模式下，由于每个段的最大范围为64K，所以，EIP中的高16位肯定都为0，此时，相当于只用其低16位的IP来反映程序中指令的执行次序。

6、**标志寄存器**

一、运算结果标志位  
1、**进位标志CF(Carry Flag)**  
进位标志CF主要用来反映运算是否产生进位或借位。如果运算结果的最高位产生了一个进位或借位，那么，其值为1，否则其值为0。

使用该标志位的情况有：多字(字节)数的加减运算，无符号数的大小比较运算，移位操作，字(字节)之间移位，专门改变CF值的指令等。

2、**奇偶标志PF(Parity Flag)**  
奇偶标志PF用于反映运算结果中“1”的个数的奇偶性。如果“1”的个数为偶数，则PF的值为1，否则其值为0。

利用PF可进行奇偶校验检查，或产生奇偶校验位。在数据传送过程中，为了提供传送的可靠性，如果采用奇偶校验的方法，就可使用该标志位。

3、**辅助进位标志AF(Auxiliary Carry Flag)**  
在发生下列情况时，辅助进位标志AF的值被置为1，否则其值为0：

(1)、在字操作时，发生低字节向高字节进位或借位时；  
(2)、在字节操作时，发生低4位向高4位进位或借位时。

对以上6个运算结果标志位，在一般编程情况下，标志位CF、ZF、SF和OF的使用频率较高，而标志位PF和AF的使用频率较低。

4、**零标志ZF(Zero Flag)**  
零标志ZF用来反映运算结果是否为0。如果运算结果为0，则其值为1，否则其值为0。在判断运算结果是否为0时，可使用此标志位。

5、**符号标志SF(Sign Flag)**  
符号标志SF用来反映运算结果的符号位，它与运算结果的最高位相同。在微机系统中，有符号数采用补码表示法，所以，SF也就反映运算结果的正负号。运算结果为正数时，SF的值为0，否则其值为1。

6、**溢出标志OF(Overflow Flag)**  
溢出标志OF用于反映有符号数加减运算所得结果是否溢出。如果运算结果超过当前运算位数所能表示的范围，则称为溢出，OF的值被置为1，否则，OF的值被清为0。

**“溢出”和“进位”是两个不同含义的概念**，不要混淆。如果不太清楚的话，请查阅《计算机组成原理》课程中的有关章节。

二、状态控制标志位  
状态控制标志位是用来控制CPU操作的，它们要通过专门的指令才能使之发生改变。

1、**追踪标志TF(Trap Flag)**  
当追踪标志TF被置为1时，CPU进入单步执行方式，即每执行一条指令，产生一个单步中断请求。这种方式主要用于程序的调试。

指令系统中没有专门的指令来改变标志位TF的值，但程序员可用其它办法来改变其值。

2、**中断允许标志IF(Interrupt-enable Flag)**  
中断允许标志IF是用来决定CPU是否响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求。但不管该标志为何值，CPU都必须响应CPU外部的不可屏蔽中断所发出的中断请求，以及CPU内部产生的中断请求。具体规定如下：

(1)、当IF=1时，CPU可以响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求；

(2)、当IF=0时，CPU不响应CPU外部的可屏蔽中断发出的中断请求。

CPU的指令系统中也有专门的指令来改变标志位IF的值。

3、**方向标志DF(Direction Flag)**  
方向标志DF用来决定在串操作指令执行时有关指针寄存器发生调整的方向。具体规定在第5.2.11节——字符串操作指令——中给出。在微机的指令系统中，还提供了专门的指令来改变标志位DF的值。

三、**32位标志寄存器增加的标志位**  
1、**I/O特权标志IOPL(I/O Privilege Level)**  
I/O特权标志用两位二进制位来表示，也称为I/O特权级字段。该字段指定了要求执行I/O指令的特权级。如果当前的特权级别在数值上小于等于IOPL的值，那么，该I/O指令可执行，否则将发生一个保护异常。

2、**嵌套任务标志NT(Nested Task)**  
嵌套任务标志NT用来控制中断返回指令IRET的执行。具体规定如下：

(1)、当NT=0，用堆栈中保存的值恢复EFLAGS、CS和EIP，执行常规的中断返回操作；

(2)、当NT=1，通过任务转换实现中断返回。

3、**重启动标志RF(Restart Flag)**  
重启动标志RF用来控制是否接受调试故障。规定：RF=0时，表示“接受”调试故障，否则拒绝之。在成功执行完一条指令后，处理机把RF置为0，当接受到一个非调试故障时，处理机就把它置为1。

4、**虚拟8086方式标志VM(Virtual 8086 Mode)**  
如果该标志的值为1，则表示处理机处于虚拟的8086方式下的工作状态，否则，处理机处于一般保护方式下的工作状态。

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