汇编语言——寄存器
汇编语言——寄存器
在计算机科学领域，汇编语言是与机器语言最为接近的一种编程语言，它使用助记符来表示机器指令，使得程序员能够更直观地理解和编写底层代码。本文将详细介绍汇编语言中的寄存器相关知识，包括通用寄存器、数据传送与运算指令、物理地址的计算方法、段寄存器以及控制转移指令等核心概念。
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，可通过改变各种寄存器中的内容来实现对CPU的控制。不同CPU的寄存器的个数与结构是不同的。8086CPU有14个寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。
一、通用寄存器
8086CPU的所有寄存器都是16位的，可存放两个字节。AX,BX,CX,DX这四个寄存器通常用来存储一般性的数据，称为通用寄存器。8086CPU的每个通用寄存器都可以分离为两个独立的8位寄存器（高8位和低8位）来使用。
AX可分为AH和AL
BX可分为BH和BL
CX可分为CH和CL
DX可分为DH和DL
出于兼容性的考虑，8086CPU可以一次性处理以下两种尺寸的数据：
- 字节（byte），可寄存在8位寄存器中。
- 字（word），由两个字节组成，分别称为这个字的高位字节和低位字节。
任何数据，在计算机中都以二进制的形式存储。为了描述不同的问题，常常将它们用其他的进制来表示，如0100111000100000可表示成4（0100）、E（1110）、2（0010）、0（0000）四位十六进制数。计算机中一个内存单元可存放8位数据，CPU中的寄存器又可存放N个8位数据，也就是说，计算机中的大多数数据是由1~N个8位数据构成的，用十六位数据来表示可以更直观地看出组成数据的各字节数据的值，因此后面我们多用十六进制来表示一个数据。为区分不同的进制，在十六进制数后加H，在二进制数后加B，十进制数后什么也不加。如：
- 十进制：20000
- 二进制：0100111000100000B
- 十六进制：4E20H
二、mov,add与sub指令
1.mov
mov是数据传送指令，用于将数据从一个位置复制到另一个位置。例如：
mov ax,18
表示将18送入寄存器AX，指令执行成功后AX的值变为0012H。
注：在写一条汇编指令或一个寄存器的名称时不区分大小写
2.add与sub
add用于将目标寄存器与某个数据或某特定寄存器中的数据相加，并将结果保存在目标寄存器中；
sub则是令目标寄存器减去某个数据或某特定寄存器中的数据，并保存结果于目标寄存器中。
例如：
初始时AX=0012H（18），BX=0101H（257），CX=2233H
add ax,78
执行成功后AX=0060H（96）
add bl,al
执行成功后BX=0161H（将AX的低8位加至BX的低8位）
sub ch,11H
执行成功后CX=1133H
sub bl,ch
执行成功后BX=0150H（将BX的低8位减去CX的高8位）
若AX=0083H，在成功执行add al,81H指令后，AX的值为多少？
首先83H加上81H的结果是104H，但是al是8位寄存器，只能存放两位十六进制数据，所以最高位的1丢失，此时AX的数据应为：0004H（
这里的“丢失”指的是进位值不能在8位寄存器中保存，但是CPU并不是真的丢弃这个进位值
）
因为此时al是作为一个独立的8位寄存器来使用的，和ah并没有关系，CPU在执行这条指令时认为ah和al是两个不相关的寄存器。不要错误地认为此类指令产生的进位会存储在ah中。
注：进行数据传送或运算时，要注意指令的两个操作对象的位数是一致的
如（以下都为错误指令）：
mov ax,bl（在8位寄存器与16位寄存器之间传送数据）
mov bh,ax（在16位寄存器与8位寄存器之间传送数据）
mov al,20000（8位寄存器最大可存放255的数据）
add al,200H（将一个高于8位的数据加到一个8位寄存器中）
三、物理地址
CPU在访问内存单元时，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，我们称这个唯一的地址为物理地址。
1.16位结构的CPU
8086是典型的16位结构的CPU，其具有以下几方面的结构特性：
- 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为16位
2.8086CPU给出物理地址的方法
内存单元的地址在送上地址总线之前，必须在CPU中处理，传输，暂时存放。8086CPU有20位地址总线，可传达20位地址，达到1MB寻址能力。但8085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，如果只是将地址从内部简单地发出，那么它只能送出16位的地址，寻址能力只能达到64KB。8086CPU采用一种在内部用两个16为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的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位地址合成位一个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送到存储器。
在上面第3步中，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合成物理地址。例如，8086CPU要访问地址为123C8H的存储单元，此时地址加法器的工作过程如图所示：
3.“段地址*16+偏移地址=物理地址”的本质含义
“段地址16+偏移地址=物理地址”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。即基础地址+偏移地址=目标地址。例如，假定学校、体育馆与图书馆处在同一条直线上，以我们所在的学校为基点，图书馆的地址可以描述为：从学校走2000m到图书馆，也可描述为从学校走1200m到体育场，再走800m到达图书馆。从该例子上看，2000m便是目的地址，也可认为“物理地址”，1200m可认为成“基础地址”，即“段地址*16”，800m则可认为是“偏移地址”。8086CPU就是如此描述物理地址的。
4.段的概念
“段地址”名称中虽包含了段，但内存本身并没有被分段，段的划分来自于CPU。由于CPU用“段地址*16+偏移地址=物理地址”的方式给出内存单元物理地址，使我们可以用分段的方式管理内存。
如上图，我们可以以10000H作为基础地址，将10000H ~ 100FFH作为一个段，段地址为1000H，大小为FFH；我们也可以以10000H和10080H作为基础地址，将10000H ~ 100FFH分为两个段，段地址为1000H和1008H，大小都为80H。
四、段寄存器
前面讲到，8086CPU在访问内存时要由相关部件提供内存单元的段地址和偏移地址，送入地址加法器合成物理地址。这里，段地址在8086CPU的段寄存器中存放。8086CPU有4个段寄存器：CS、DS、SS、ES。当CPU要访问内存时由这4个段寄存器提供内存单元的段地址。
1.CS和IP
CS、IP是8086CPU中最关键的寄存器，CS为段寄存器，IP为指针指令寄存器。
在8086机的任意时刻，设CS中的内容为M，IP中的内容为N，8086CPU将从内存M*16+N单元开始，读取一条指令并执行。
换句话说，8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当做指令执行。
如上图，在CS=2000H，IP=0000，CPU将从2000H+0000H处开始读取指令。
CS、IP的内容送入地址加法器。
地址加法器将物理地址送入输入输出控制电路。
输入输出控制电路将物理地址20000H送上地址总线。
从内存20000H单元开始存放的机器指令B8 23 01通过数据总线被送入CPU。
输入输出控制电路将机器指令B8 23 01送入指令缓冲器。
IP中的值自动增加。
执行控制器执行指令B8 23 01。
指令B8 23 01被执行后AX中的内容为0123H。
通过上面的过程展示，8086CPU的工作过程可以简略描述如下：
- 从CS:IP指向的内存单元读取指令、读取的指令进入指令缓冲器。
- IP=IP+所读取的指令长度，从而指向下一条指令。
- 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8086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8086机开机后执行的第一条指令。
在上一章中我们讲过，在内存中，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息。那么CPU根据什么将内存中的二进制信息看做指令？现在我们可以知道，CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看做指令如果说，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指过。
2.jmp指令
我们现在知道，CPU从何处执行指令是由CS、IP中的内容决定的，那么，我们是否能够改变CS、IP中的值，从而控制CPU执行目标指令呢？
答案当然是可以的，我们可以通过jmp指令来达到这一目的。
若想同时修改CS.IP的内容，可用“jmp 段地址:偏移地址”的指令完成。如：
jmp 2AE3,3
指令执行成功后CS=2AE3H，IP=0003H，CPU将从2AE33H处读取命令。
若想仅修改IP的内容，可用“jmp 某一合法寄存器”的指令完成，其功能可表示为：用寄存器中的值修改IP，如：
执行前，AX=1000H，CS=2000H，IP=0003H
jmp ax
执行后，AX=1000H，CS=2000H，IP=1000H
3.代码段
对于8086PC机，在编程时，可根据需要，将一组内存单元定义为一个段，我们可以将长度<=64KB的一组代码，存放在一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元中，我们可以认为，这段内存时用来存放代码的，从而定义了一个代码段。例如，将：
mov ax,0000（B8 00 00）
add ax,0123H（05 23 01）
mov bx,ax（8B D8）
jmp bx（FF E3）
这段指令存放在123B0H ~ 123B9H的一组内存单元中，我们就可以认为，这一段内存是用来存放代码的，是一个代码段。段地址位123BH。那么如何使得这段代码的指令被执行呢？首先，代码段仅仅只是我们自己的安排，CPU并不会因为这些安排而自动地执行这些代码，而是需要我们通过修改CS和IP的内容，使得CS:IP指向123B0H，CPU才会去执行这段代码。