【汇编语言】寄存器（CPU工作原理）（一）—

【汇编语言】寄存器（CPU工作原理）（一）—— 寄存器的基础知识及存储

news2024/11/27 4:38:13

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文章目录

前言
1. 寄存器
2. 通用寄存器
3. 字在寄存器中的存储
结语

前言

📌

汇编语言是很多相关课程（如数据结构、操作系统、微机原理）的重要基础。但仅仅从课程的角度出发就太片面了，其实学习汇编语言可以深入理解计算机底层工作原理，提升代码效率，尤其在嵌入式系统和性能优化方面有重要作用。此外，它在逆向工程和安全领域不可或缺，帮助分析软件运行机制并增强漏洞修复能力。

本专栏的汇编语言学习章节主要是依据王爽老师的《汇编语言》来写的，和书中一样为了使学习的过程容易展开，我们采用以8086CPU为中央处理器的PC机来进行学习。

文章主要内容：介绍寄存器和通用寄存器、字在寄存器中的存储，解释寄存器的作用、种类（如AX、BX等）及如何存储数据。

1. 寄存器

一个典型的CPU(此处讨论的不是某一具体的CPU)由运算器、控制器、寄存器(CPU工作原理)等器件构成，这些器件靠内部总线相连。前面所说的总线，相对于CPU内部来说是外部总线。

区别：

内部总线实现CPU内部各个器件之间的联系，
外部总线实现CPU和主板上其他器件的联系。

简单地说，在CPU中:

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。程序员通过改变各种寄存器中的内容来实现对CPU的控制。

不同的CPU，寄存器的个数、结构是不相同的。

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。这里我们不对这些寄存器进行一次性的介绍，需要用到哪些寄存器，再介绍。

2. 通用寄存器

8086CPU的所有寄存器都是16位的，可以存放两个字节。

AX、BX、CX、DX这4个寄存器通常用来存放一般性的数据，被称为通用寄存器。
以 AX为例，寄存器的逻辑结构如下图所示。

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一个16位寄存器可以存储一个16位的数据，数据在寄存器中的存放情况如下图所示。

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想一想，一个16位寄存器所能存储的数据的最大值为多少?

答案很显然是： $2^{16}-1$

8086CPU的上一代CPU中的存器都是8位的，为了保证向上兼容，使原来基于上代CPU 编写的程序稍加修改就可以运行在8086之上，8086CPU的AX、BX、CX、DX这4个寄存器都可分为两个可独立使用的8位寄存器来用。

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

其中的H代表的是high，高位的意思；L代表的是low，低位的意思

AX的低8位(0位_{7位)构成了AL寄存器，高8位(8位}15 位)构成了AH寄存器。AH和AL寄存器是可以独立使用的8位寄存器。上图展示了16位寄存器及它所分成的两个8位寄存器的数据存储的情况。
那么想一想，一个8位寄存器所能存储的数据的最大值为多少

答案也很显然是： $2^{8}-1$

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3. 字在寄存器中的存储

出于对兼容性的考虑，8086CPU可以一次性处理以下两种尺寸的数据。

字节：记为byte，一个字节由8个bit组成，可以存在8位寄存器中。
字：记为word，一个字由两个字节（也就是16bit）组成，这两个字节分别称为这个字的高位字节和低位字节，如图下所示。

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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位寄存器中。如上面的上面的图片所示，一个字型数据20000，存在AX寄存器中，在AH中存储了它的高8位，在AL中存储了它的低8位。AH和AL中的数据，既可以看成是一个字型数据的高8位和低8位，这个字型数据的大小是20000;又可以看成是两个独立的字节型数据，它们的大小分别是78和32。