寄存器执行指令过程

今天药忘吃喽~ 2022-09-09 09:11 213阅读 0赞

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**文章中涉及的机器默认为`8086CPU`和`8086PC机`**

# 寄存器 #

8086有14个寄存器，其中AX BX CX DX通常存放一般数据，可以简单认为他们就是变量。例如：`mov ax,4E20H`就是将数据存入AX。`add ax,1406H`就是将数据加到原有的值上。

8086的寄存器有16个比特位，他可以当作两个8比特位的寄存器使用。这两个寄存器分别叫AL，AH（我猜测是low和high的缩写）。`mov al,78H`就是将78存入低位字节中。当使用al、ah时，ax就被视为分离的寄存器，al、ah之间独立不相互影响，比如al存入的数值过大，就将多余的比特忽略，而不是进位到ah中。

在汇编语言中，不区分大小写。

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# CPU获取物理地址 #

8086CPU是16位结构，有16根数据线，也就是说该CPU的运算器、寄存器、控制器一次性只能处理两个字节的数据。

8086CPU的地址总线宽度为20，也就是内存寻址大小为2^20=1MB。那么CPU在和内存交互的时候，比如CPU读取内存数据，寄存器保存内存物理地址，但是只能保存16位，那怎么凑出20位呢？

基于这个问题，8086自身设计了`物理地址 = 段地址 * 16 + 偏移地址`的方式，将段寄存器中保存的段地址，传输到CPU中的地址加法器，在加法器中，段地址左移4位（这样就完成了20位的匹配）变为基础地址，再加上一个偏移地址，最终得到物理地址。偏移地址同样是16位比特组成，最大寻址范围为2^16=64KB。

例如：段寄存器中提供段地址为1230H，偏移地址为00C8H，那么物理地址为12300H + C8H = 123C8H。

# CS 和 IP #

8086中的段寄存器有CS DS SS ES，这里只拿CS进行介绍。

段地址放在CS中，偏移地址放在IP中，IP在8086中叫做指令指针寄存器。或许你听说过，`有一个指针指向被执行的汇编指令，当指令被执行后，该指针自动下移至下一条命令开始位置。`没错，这个指针就是IP。

在内存中，一段连续的空间可以称为段，比如从20000H到2000AH，如图这段空间内存放的是汇编指令（二进制化的汇编指令），我们可以称这个段为代码段。

那么要想读取20000H到20001H这段空间，单纯用段寄存器中的2000H无法做到，必须将其乘16，变为基础地址。然后通过偏移量IP指针的移动，读取指向的内存单元。

所以你现在可以明白，偏移量最大为2^16，那么指针可移动的范围为64KB，这意味着一段就是64KB。

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综上，8086CPU的工作过程：

1.  从CS:IP指向的内存单元读取到指令a，指令a进入指令缓冲器
2.  IP=IP+数据长度，从而IP指向下一条指令b
3.  执行指令a，重复步骤1

# 补充说明 #

> 怎么区分内存中存储的二进制是“数据“还是“指令“？

我们知道，存储于机器中的只有0和1，那么有的01组成的是一段常量，比如00111001011（瞎写的）就单纯的表示常量3.14；比如1110111011就表示指令mov。计算机是如何区分指令和普通数据的呢？

答案很简单，被CS:IP指向的内存空间，其中的01就表示指令。某一段信息被CPU执行过，那么它一定被CS:IP指向过。

> 怎么修改CS，IP中的值？

jmp命令可以修改。如果想同时修改CS和IP的值，可以使用`jmp 2AE3:3`，这样CS中的值就为2AE3H，IP中的值就为3H，CPU将从2AE33H中读取数据。

如果只想修改IP中的数值，可以使用`jmp <某个合法寄存器>`，比如现有一寄存器ax=1000H，CS=2000H，IP=0003H。执行`jmp ax`后，ax=1000H，CS=2000H，IP=1000H。`jmp ax`就好比`mov IP,ax`。

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