计算机组成原理与汇编语言程序设计（第2版）第 4 章(2)14.2.1 80x86 CPU的寄存器1．80x86 CPU的寄存器分类 80x86 CPU的内部寄存器可分为以下3大类：§ 基本结构寄存器组 ：通用寄存器、指令指针寄存器、标志寄存 器、段寄存器 § 系统级寄存器组 ：系统地址寄存器、控制寄存器、测试寄存器、 调试寄存器 § 浮点寄存器组 ：数据寄存器、标记字寄存器、指令和数据指针寄 存器、控制字寄存器4.2 80x86 CPU的寄存器和主存储器P14122．基本结构寄存器组基本结构寄存器组如右图 所示：通用寄存器；指令指针寄存器；标志寄存器；段寄存器 P1423（1）通用寄存器图中除阴影区以外的寄存器是8086/8088和80286所具 有的寄存器，它们都是16位寄存器其中4个16位的寄存 器AX、BX、CX、DX可称为数据寄存器这4个寄存器都 是通用寄存器，但它们又可以用于各自的专用目的AX（Accumulator）作为累加器用在乘除等指令中 指定用来存放操作数另外，所有的I/O 指令都使用这一 寄存器与外部设备传送信息BX（Base）可以作为通用寄存器使用。
此外，在计算 存储器地址时，它经常用作基址寄存器CX（Count）可以作为通用寄存器使用此外，它还 常用来保存计数值，如在移位指令、循环（LOOP）和串 处理指令中用作隐含的计数器DX可以作为通用寄存器使用一般在做双字长运算时 把DX和AX组合在一起存放一个双字长数，DX用来存放 高位字此外，对某些I/O 操作，DX可用来存放I/O 的端 口地址 4SP、BP、DI、SI 这4个16位寄存器可以像数据寄存器 一样在运算过程中存放操作数，但它们只能以字（16位） 为单位使用此外，它们更经常的用途是在存储器寻址时 ，提供偏移地址因此，可称它们为指针或变址寄存器2）指令指针寄存器和标志寄存器IP（Instruction Pointer）为指令指针寄存器，它用来 存放代码段中的偏移地址IP作为指令的地址指针，其作 用类似于其他计算机中的程序计数器PC，当现行指令执 行完毕时，由IP提供下一条指令地址FLAGS为标志寄存器，又称PSW（Program Status Word），即程序状态寄存器这是一个存放条件码标志 、控制标志和系统标志的寄存器80386及其后继机型的指令指针寄存器EIP和标志寄存 器EFLAGS是32位的，其作用和相应的16位寄存器相同。
5下图说明了80x86 CPU中标志寄存器的内容：P1446① 条件码标志包括以下6位：OF（Over Flow Flag） 溢出标志将参加算术运算的数 看作带符号数，如运算结果超出补码表示数的范围N，即溢 出时，则OF置1；否则OF置0对于字节运算有 128≤N≤+127；对于字运算有32768≤N≤+32767SF（Sign Flag） 符号标志把指令执行结果看作带符号 数，如结果为负，则SF置1；结果为正，则SF置0ZF（Zero Flag） 零标志如指令执行结果各位全为0时 ，则ZF置1；否则ZF置0CF（Carry Flag） 进位标志在进行算术运算时，如 最高位（对字操作是第15位，对字节操作是第7位）产生进 位或借位时，则CF置1；否则置0在移位类指令中，CF用 来存放移出的代码（0或1）AF（Auxiliary Carry Flag） 辅助进位标志在进行算 术运算时，如低字节中低4位（第3位）产生进位或借位时， 则AF置1；否则AF置0AF可用于十进制运算的校正PF（Parity Flag） 奇偶标志用来为机器中传送信息时 可能产生的代码出错情况提供检验条件。
当运算结果中1的 个数为偶数时置1，否则置07② 控制标志位1位DF（Direction Flag）方向标志，用来在串处理指令 中控制处理信息的方向当DF位为1时，每次操作后使变 址寄存器SI和DI减小，这样就使串处理从高地址向低地址 方向处理当DF位为0时，则使SI和DI增大，使串处理从 低地址向高地址方向处理③ 系统标志位有10位： TF（Trap Flag） 陷阱标志，用于调试时的单步方式 操作IF（Interrupt Flag） 中断标志 IOPL（I/O Privilege Level） I/O特权级标志 NT（Nested Task） 嵌套任务标志，用来表示当前的 任务是否嵌套在另一任务内 8RF（Resume Flag） 恢复标志位，它与调试寄存器的 断点一起使用，以保证不重复处理断点 VM（Virtual-8086 Mode） 虚拟8086模式位 AC（Alignment Check mode） 对准检查方式位 VIF（Virtual Interrupt Flag） 虚拟中断标志VIP（Virtual Interrupt Pending flag） 虚拟中断未决 标志。
ID（IDentification flag） 标识标志，程序有设置和 清除ID标识的能力，以指示处理机对CPU ID指令的支持 9在调试程序DEBUG中提供了测试标志位的手段，它 用符号表示某些标志位的值： 标标志名标标志为为1标标志为为0OF 溢出（是/否） OVNVDF 方向（增量/ 减量）DNUPIF 中断（允许许/关闭闭）EIDISF 符号（正/负负）NGPLZF 零（是/否）ZRNZAF 辅辅助进进位（是/否）ACNAPF 奇偶（偶/奇）PEPOCF 进进位（是/否）CYNC10（3）段寄存器段寄存器用于存储器寻址，用来直接或间接地存放段 地址段寄存器的长度为16位，在80286以前的处理器中 ，只有代码段CS（Code Segment）、数据段DS（Data Segment）、堆栈段SS（Stack Segment）和附加段ES（ Extra Segment）4个寄存器从80386起，增加了FS和GS 两个段寄存器，它们也属于附加的数据段。
有关段寄存器 的使用将在下一节中说明114.2.2 80x86的主存储器1．存储单元的地址和内容每8位二进制数组成一个字节，位 编号如图（a）所示8086、80286的 字长为16位，由两个字节组成，位编 号如图（b）所示80386～Pentium机 的字长为32位，由两个字即4个字节组 成，在80x86系列中称其为双字，位编 号如图（c）所示此外，还有一种由 8个字节即字长为64位组成的4字，位 编号如图（d）所示P14612在存储器里以字节为单位存储信息为了正确地存放或取 得信息，每一个字节单元给予一个唯一的编号即存储器地址， 称为物理地址地址从0开始编号，顺序地每次加1，因此存储 器的物理地址空间呈线性增长在机器里，地址也是用二进制 数来表示的当然它是无符号整数，书写格式为十六进制数 · 8086/8088的地址总线20位：可访问的字节单元地址范围为00000H～FFFFFH； · 80286的地址总线24位：可访问的地址范围为000000H～FFFFFFH； · 80386/80486和Pentium地址总线32位：地址范围为00000000H～FFFFFFFFH； · Pentium Pro和PⅡ地址总线36位：地址范围为000000000H～FFFFFFFFFH。
13一个存储单元中存放的信息称为该存储单 元的内容，右图表示了存储器里存放信息的 情况0004H号字节单元中存放的信息为78H， 表示为： （0004H）=78H两个字节单元就构成了一个字单元，字单 元的地址采用它的低地址来表示右图中 0004H字单元的内容为5678H，表示为（0004H）= 5678H双字单元的地址由其最低字节的地址指定， 因此0004H双字单元的内容为：（0004H）=12345678H 142．实模式存储器寻址80x86中除8086/8088只能在实模式下工作外，其他的 CPU均可在实模式或保护模式下工作1）存储器的分段实模式下允许的最大寻址空间为1 MB8086/8088的地 址总线宽度为20位，因而其最大寻址空间正好是1MB在 1MB的存储器里，每个存储单元都有一个唯一的20位地址 ，称为物理地址而对于其他微处理器在实模式下只能访 问前1 MB的存储器地址P14715实模式就是为8086/8088而设计的工作方式，它要解决在16位 字长的机器里怎么提供20位地址的问题，而解决的办法是：将1 MB主存空间划分为若干段，每个段的最大长度为64 KB单元，这 样段内地址可以用16位表示。
如果能再提供段的20位起始地址， 那么通过这两个地址就可以访问段内任何一个存储单元因此， 在CPU中设置的段寄存器只有16位，只能存放20位段起始地址的 高16位，称它为段基值（Segment Base Value），而机器将段起始 地址的低4位设置为0故将段基值左移4位后（即末尾加4位二进 制数0），就得到一个20位的段起始地址，称它为段基地址或段基 址（Segment Base Address）显然，段基址为xxxx0H，其低4位 二进制数为0，即能被16整除的主存物理地址才可作为段基址 段内地址即偏移地址，它是一个主存单元与所在段的段基址 之间的字节距离，通常由CPU按指令的寻址方式计算得到或由指 令指针IP提供，又称为有效地址当CPU访问某个主存单元时， 必须指明由哪个段寄存器提供段基值，同时给出偏移地址然后 将16位段基值左移4位后与16位偏移地址相加，形成20位主存单元 的物理地址，这一过程可以表示如下： 16实模式存储器寻址过程如下图所示：17（2）段寄存器在8086～80286中，有4个专门存放段基值的寄存器，称 为段寄存器它们分别是代码段CS、数据段DS、堆栈段SS和 附加段ES寄存器。
每个段寄存器可以确定一个段的起始地址，而这些段则各 有各的用途代码段存放当前正在运行的程序数据段存放当 前运行程序所用的数据堆栈段定义了堆栈的所在区域附加 段是附加的数据段，它是一个辅助的数据区，也是串处理指令 的目的操作数存放区在80386及其后继的80x86中，除上述4个段寄存器外，又 增加了2个段寄存器FS和GS，它们也是附加的数据段寄存器， 所以8086～80286的程序允许4个存储段，而后继的80x86程序 可允许6个存储段18一般情况下，各段在存储器 中的分配是由操作系统负责的 每个段可以独立地占用小于 或等于64 KB的存储区，如右图所示 19【例】 如果代码段中的程序占有8 KB（2000H ）存储区，数据段占有2 KB（800H）存储区 ，堆栈段只占有256 B的存储区，此时段区的 分配如右图所示从图中可以看出，代码段的区域可以是 02000H～03FFFH，但由于程序区只需要8 KB ，所以程序区结束后的第一个小段的首地址就 作为数据段的起始地址也就是说，在这里， 代码段和数据段可以重叠在一起当然每个存 储单元的内容是不允许发生冲突的这里所谓 的重叠只是指每个段区的大小允许根据实际需 要来分配，而不一定要占有64 KB的最大段空 间。
20在80x86中，段寄存器和与其对应存放偏移地址 的寄存器之间有一种默认的组合关系，如下表所示: 8086/8088、80286： 段寄存器 偏移地址CSIP SSSP或BP DSBX、SI、DI或一个16位数 ESDI（用于串指令）80386及其后继机型： 段寄存器 偏移地址CSEIP SSESP或EBP DSEAX、EBX、ECX、EDX、EDI、 ES。