一、CPU工作原理

1、CPU概述

CPU由运算器、控制器、寄存器等器件组成，这些器件靠内部总线相连。

内部总线：CPU内部 <–> 各个器件

外部总线：CPU <–> 主板上其它器件

2、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（一个字）。

8086CPU有14个寄存器：AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP、IP、CS、SS、DS、ES、PSW。

AX、BX、CX、DX 通常用来存放一般性数据被称为通用寄存器。

8086上一代CPU（8088）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（AX --> AH、AL）使用。

AH：高位、AL：低位

3、字在寄存器中的存储

1Word（字）= 2Byte（字节）= 16bit（比特）

一个字可以存在一个16位寄存器中，这个字的高位字节和低位字节自然就存在这个寄存器的高8位寄存器和低8位寄存器。

由于一个内存单元可以存放8位数据，CPU中的寄存器又可存放n个8位数据。计算机中的数据大多是由多个8位数据构成的

用十六进制来表示数据可以直观的看出这个数据是由哪些8位数据构成的。

在十六进制表示的数据的后面加 H，在二进制表示的数据后面加 B，十进制表示的数据后面什么也不加

4、汇编指令初识

汇编指令不区分大小写

汇编指令	高级语言描述
mov ax,18（后面给前面赋值）	AX = 18
add ax,8	AX = AX + 8

丢失进位：进位制不能在8位寄存器中保存，但是CPU不是并真的不丟弃这个进位值

5、物理地址

跟mac地址的物理地址不同

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 --> 物理地址

6、16位结构的CPU

16位结构的CPU 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

7、8086给出物理地址的方法

8086有20位地址总线，可传送20位地址，寻址能力为1M（$2^{20}=1MB$）。但是8086内部为16位结构，它只能传送16位的地址，表现出的寻址能力却只有64k（$2^{16}=64KB$）

8086CPU采用一种在内部用两个16位地址合成的方法来开成一个20位的物理地址

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

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位地址合并成一个20位的地址（段地址 x 16 + 偏移地址 = 物理地址）

8、"段地址+偏移量"的本质

”段地址×16“ --> 二进制位左移4位

一个数据的二进制形式左移n位，相当于该数据乘上2的n次方

一个数据的n进制形式左移1位，相当于乘以n

9、段的概念

内存没有分段

段的划分来自于cpu：由于8086CPU "段地址 x 16 + 偏移地址"的方式给出物理地址，使得我们可以用分段的方式管理内存

编程时可以将若干地址连续的内存看成一个段，用段地址x16定位段的起始地址（基础地址），用段偏移地址定位段中的内存单元

1. 段的起始地址一定是16的倍数
2. 16位地址的寻址能力为64位 --> 一个段的最大长度为64K

CPU可以用不同的段地址和偏移地址形成一个物理地址

寻址范围：0~FFFFH

10、段寄存器

段寄存器：提供段地址

8086CPU有四个段寄存器：CS、DS、SS、ES

11、CS、 IP

CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器，它指示了CPU当前要读取指令的地址。

CS：代码段寄存器（段地址）

IP：指令指针寄存器（偏移地址）

8086工作过程简要

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区
2. IP = IP + 所读取指令的长度，从而指向下一条指令

12、CS:IP的修改

1）转移指令

转移指令jump：修改CS、IP的值

jump 段地址:偏移地址

2）修改IP

jmp：修改寄存器中的值

jmp 某一合法寄存器

13、代码段

代码段：用来存放程序执行代码的一块内存区域

CPU只认被CS:IP指向的内存单元中的内容为指令 --> 将CS:IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址

二、内存访问

1、内存中字的存储

任何两个地址连续的内存单元，N号单元和 N+1号单元，可以将它们看成两个内存单元，也可以看成一个地址为N的字单元中的高位字书单元和低位字节单元。

2、DS和[address]

CPU读取内存需要内存单元的地址

8086有一个DS寄存器，用来存放需要读取的内存的地址

mov bx,1000H
mov ds,bx
mov al,[0]

mov al,[0]：将段地址为ds、内存偏移地址为0的内容放到寄存器

数据 -> 通用寄存器 -> 段寄存器

8086不能直接将数据直接放入段寄存器（mov ds,1000H）

3、move、add、sub指令

1）move

=

move 寄存器,数据
move ax, 6

move 寄存器,寄存器
move bx, ax

move 寄存器,内存单元
move ax, [0]

move 内存单元,寄存器
move [0], ax

move 段寄存器,寄存器
move ds, ax

move 寄存器,段寄存器
move ax, ds

2）add

+=

add 寄存器,数据
add ax, 6

add 寄存器,寄存器
add bx, ax

add 寄存器,内存单元
add ax, [0]

add 内存单元,寄存器
add [0], ax

3）sub

-=

sub 寄存器,数据
sub ax, 6

sub 寄存器,寄存器
sub bx, ax

sub 寄存器,内存单元
sub ax, [0]

sub 内存单元,寄存器
sub [0], ax

5、数据段

数据段：将一组长度为N（N≤64K）、地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元当作专门存储数据的内存空间

6、栈

栈特性：FILO（先进后出，后进先出）

两个基本操作：入栈、出栈

push ax
pop ax

8086出栈入栈都以字为单位进行

1、CPU怎么知道的哪里是栈？
2、执行push和pop时候，如何知道那个单元是栈顶单元？

8086CPU中，存在段寄存器SS（存放栈顶的段地址）、段寄存器SP（存放栈顶的偏移地址）

任意时刻，SS:SP指向栈顶元素

7、栈机制

pop只会移动SS:SP（指针），不会删除之前的值。

栈空时，栈中没有元素，不存在栈顶元素。SS:PP指向栈的最底部的字单元的偏移地址+2。

8、栈顶越界问题

依靠SS和SP保证能找到栈顶，CPU也不知道栈空间有多大。栈顶可能会超出栈空间。

pop空栈、push满栈 --> 栈顶越界（溢出攻击）

CPU提供记录栈顶上限和下限的寄存器，每次pop和push做检查，但是8086并没有。

9、栈和内存

栈空间是内存的一部分，只是一段可以以特殊方式访问的内存空间。

10、栈段

栈段：将长度为N（N<=64K）的一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元，当作栈来使用

栈段只是编程的概念，CPU只认识SS:SP。