02.寄存器

寄存器

前言

一个典型的CPU由运算器，控制器，寄存器等器件构成，这些器件靠内部总线连接。简单来说：

  • 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
    对于汇编程序而言，CPU中的主要部件是寄存器，寄存器是CPU中程序员可以进行指令读写的器件，可以通过改写各种寄存器中内容来实现对CPU的控制

不同的CPU，寄存器的个数，结构是不同的。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

通用寄存器

8086的寄存器都是16位的，可以存放2个字节。AX，BX，CX，DX这4个寄存器通常用来存放一般性数据，被称为通用寄存器
为了兼容性考虑，这四个寄存器又可以拆分成两个独立的寄存器：

  • AX分为AH和AL
  • BX分为BH和BL
  • CX分为CH和CL
  • DX分为DH和DL
    分别表示高8位和低8位

字在寄存器中的存储

出于兼容性的考虑，8086CPU可以处理两种尺寸的数据

  • 字节：byte，由8个bit组成，可以存放8位寄存器中
  • 字：word，由两个byte组成，分别成为高位字节和低位字节

几条汇编指令

汇编语言的书写不区分大小写
在进行数据传送和运算时，要注意指令的两个操作对象的位数应该是一致的

汇编指令 控制CPU完成的操作
mov ax, 18 将18送入寄存器ax中
mov ah, 78 将78送入寄存器ah中
add ax, 8 将寄存器ax中值加上8
mov ax, bx 将寄存器bx中的值送入寄存器ax中
add ax, bx 将ax和bx中值相加，结果存入ax中

以下这些指令是错误的

汇编指令
mov ax, bl
mov bh, ax
mov al, 2000
add al, 100H

物理地址

CPU访问内存时，要给出内存单元的地址，所有的内存单元构成一个一维的线性空间，每一个内存单元都有唯一的地址，我们将这个唯一个地址称之为物理地址
CPU通过地址总线送入存储器的地址必须是一个内存单元的物理地址。在CPU向存储器发送物理地址之前，必须现在内部形成这个地址，不同的CPU可以有不同的地址形成方式

16位结构的CPU

什么是16位结构的CPU
概括来讲，16位的CPU具有以下几方面的结构特性

  • 运算器一次最多处理16位的数据
  • 寄存器的最大宽度为16位
  • 寄存器和存储器之间的通路为16位
    能够一次性处理，传输，暂时存储的信息的最大长度为16位

8086CPU给出物理地址的方法

8086CPU有20位地址总线，可以传送20位地址，寻址能力是 2^20 ；另一方面，它又是16位的CPU结构，按理里说寻址能力为 2^16，它的内部是如何实现的呢？
8086CPU采用了两个16位地址合成一个20位地址的方法：

  • CPU提供两个16位的地址，一个称为段地址，一个称为偏移地址
  • 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
  • 地址加法器将两个16位地址合成一个20位物理地址
  • 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
  • 输入输出电路将20位物理地址送上地址总线
  • 20位物理地址被地址总线送入存储器
    地址加法器采用 段地址*16+偏移地址的方式生成20位物理地址

段的概念

段的概念不是来自内存，并不是将内存分成一个一个段。段的概念来自于CPU，采用段基址+偏移地址的方式来计算物理地址，使得我们可以通过 段 的形式来管理我们的内存。

段寄存器

CPU采用段基址+偏移地址的方式来计算物理地址，那么是通过什么器件来存储段地址呢？段地址在8086CPU中通过段寄存器存放。8086CPU中有4个段寄存器：CS，DS，SS，ES

CS 和 IP

CS 和 IP 是8086CPU中最为关键的连个寄存器，它们指示了CPU 当前要读取指令的地址。CS 是段寄存器，IP 为指令指针寄存器。
在 8086 PC机上，任何时刻，CPU将读取 CS*16+IP 处的一条指令执行。也可以这样说，8086机中，任意时刻，CPU将CS：IP指向的内容当作指令执行
8086 的 CPU 工作流程简述：

  • 从 CS：IP 指向的内存中读取指令，读取的指令进入指令缓冲器
  • IP = IP + 所读取的指令的长度，从而指向下一条指令
  • 执行指令，转回 步骤1，重复这个过程
    第一节中我们说过，指令和数据没有区别，都是二进制数据，CPU在工作时将有的数据看作指令，有的数据看作数据。那么在什么时候看作指令呢？现在我们明白了，CPU将CS：IP指向的数据看作指令

修改CS，IP的指令

前面提到的通用寄存器，我们可以通过 mov 指令修改其内部的值，mov 指令被称之为 传送指令。

那我们是否可以通过 mov 指令来修改 CS 和 IP 寄存器的值呢？

不能，因为没有提供这样的功能。它提供了另一种类型的指令，能够修改 CS，IP 寄存器值的指令，称之为 转移指令。
先介绍一种最简单的转移指令 jmp

jump 2：0a03 -->同时修改cs和ip的值

单独修改 IP 的值
jump 某一个合法寄存器
jump ax -->将 ax 寄存器中值存入 IP 中

代码段

在编写程序时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段，我们可以将长度为 N（N <= 64kb）的一段代码，存在一组连续的，起始地址为16倍数的内存单元中，我们可以这样认为，这一段内存就是用来存放代码的，从而定义了一个代码段
运行时，我们只需要指定这段代码段的地址到 cs 和 IP 寄存器中， cpu 就会 从内存中取出相应的指令放入指令缓冲器中执行

课后实验

  • 安装DosBox
  • 使用DosBox进入Debug模式
  • Debug模式下各种command的使用

安装DosBox
使用DosBox进入Debug模式

mount c Dosbox安装地址 --> 将Dosbox 挂载到虚拟的C盘
c: --> 进入 虚拟C盘
debug --> 进入debug模式

其实就是运行 Dosbox 安装路径下的 debug.exe 程序

Debug模式下各种command的使用

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

可以自己在电脑上查找指令的使用方法并实验各种command的功能

参考

<<汇编语言第四版>>-王爽

posted @ 2023-07-31 09:10  异世界穿越中!.!  阅读(72)  评论(0)    收藏  举报