CPU中的寄存器

在执行单元EU和总线接口单元BIU中一共有14个寄存器，其中通用寄存器8个、标志寄存器FLAGS一个、控制寄存器5个，其中指令队列虽然不是寄存器但也需要重点说明一下：

1. 指令队列的工作原理：

指令队列的存储空间为6byte，8086为16位CPU意味着一条指令需要2个字节存储（16bit=2byte），指令队列一旦有2个空字节BIU就会到内存中去取指令存入指令队列中。当EU执行一条需要到存储器或I/O端口读取操作数的指令时，BIU将在执行完现行取指令的存储器周期后的下一个存储周期，对指令所指定的存储单元或I/O端口进行访问，读取的操作数经BIU送EU进行处理。当EU执行跳转、子程序调用或返回指令时，BIU就使指令队列复位，并从指令给出的新地址开始取指令，新取的第1条指令直接经指令队列送EU执行，随后取来的指令将填入指令队列缓冲器。

2. 指令队列出现的意义以及缺陷：

指令队列的出现可以降低CPU访问内存或者接口的速度，从而使得对存储器和接口要求降低并且其造价更加的低廉，指令预取队列的出现开创了指令执行流水线的先河，使得一条有一条的指令在执行时更快速的无缝衔接。但是其自身的缺陷在于：预取队列预取的只是指令并没有预取指令执行所需的参数，因此当指令涉及参数的执行时指令执行流水线不可避免的断流，断流的情况如下所示：

1）指令预取队列中有转移类指令

2）执行指令需要参数

当指令的执行需要参数时（比如：加法），EU得去获得了参数才可以顺利执行指令，因此此时的并行流水线依旧存在着断流的情况。

3）执行单元执行速度较慢

EU还未执行完一条指令，BIU中的预取队列已经填充完毕。

通用寄存器

8个通用寄存器再进行细分，又可划分为数据寄存器（AX~DX）、栈顶指针寄存器（SP）、基址寄存器（BP）、DI（目标变址寄存器）、SI（源变址寄存器）。

1. 数据寄存器（AX、BX、CX、DX）

16位的数据寄存器可以拆成2个8位寄存器（例如：AX->AH+AL等）来使用，但是一定要注意“8086为16位寄存器，8位寄存器中存放的一定是数据不可能是地址，因为16位寄存器的地址一定是16位的，哪怕地址为0那也是16位的0”。除此之外，16位的数据寄存器可以依据专用功能再进行细分：

① AX：累加寄存器，该寄存器存取速度为CPU通用寄存器中之最，因此AX常用作累加结果的存放处，也被称为累加器；

② BX：基址寄存器，当间接寻址时16位的BX寄存器作为基地址的专用存放处；

③ CX：计数寄存器，循环操作时CX中存放的是循环次数记录值；

④ DX：数据寄存器，在I/O端口间接寻址当中，16位的DX寄存器存放I/O的间接地址，此外，DX还存储32位运算（两个16位相乘）中结果的高16位。

具体来讲AX和DX寄存器在运算中的作用：

DIV 在 8086 CPU 中是除法指令，而在使用除法的时候有两种情况，即除数可以是 8 位或者是 16 位的。除数可以存放在寄存器中或者是内存单元中，被除数放在AX中。当除数是 8 位时，被除数一定会是 16 位的，并且默认是放在 AX 寄存器中；而当除数是 16 位时，被除数一定是 32 位的，其中高16位放到DX中，低16位放在AX中。当除法指令执行完成以后，如果除数是 8 位的，则在 AL 中会保存此次除法操作的商，而在 AH 中则会保存此次除法操作的余数；如果除数是 16 位的话，则 AX 中会保存本次除法操作的商，而 DX 则保存本次除法操作的余数。

MUL 在8086CPU中是乘法指令，在做乘法运算时，两个相乘的数要么都是 8 位，要么都是 16 位。如果两个相乘的数都是 8 位的话，则一个默认是放在 AL 中，而另一个 8 位的乘数则位于其他的寄存器或者说是内存字节单元中；而如果两个相乘的数都是 16 位的话，则一个默认存放在 AX 中，另一个则是某个寄存器中或者是某个内存字单元中。当 MUL 指令执行完毕后，如果是 8 位的乘法运算，则默认乘法运算的结果是保存在 AX 中；如果是 16 位的乘法运算的话，则默认乘法运算的结果有 32 位，其中高位默认保存在 DX 中，而低位则默认保存在 AX 中。

综上所述：

数据寄存器符号	数据寄存器专用名称	专用情形	专用作用
AX	累加寄存器	累加	累加结果存放处
BX	基址寄存器	间接寻址	存放基地址
CX	计数寄存器	循环操作	存放计数值
DX	数据寄存器	IO端口的间接寻址	IO端口地址
DX	数据寄存器	32位数据运算	运算结果高16位

2. 基址寄存器（BP）

基址寄存器顾名思义是专用（间接寻址）时用于存放段基地址（逻辑段段首地址）所用，在通用时BP中存放的是数据，不可以拆分为两个8位寄存器。

3. 栈顶指针寄存器（SP）

当程序中使用堆栈区时，SP中存放的16位二进制数据为指向堆栈段栈顶的地址，在通用时SP中存放的是数据，不可以拆分为两个8位寄存器。BX和BP的区别如下所示：

寄存器符号	寄存器专用名称	地址指向数据的所在段类型
SP	栈顶指针寄存器	堆栈段
BP	基址寄存器	数据段

4. 变址寄存器（SI、DI）

变址寄存器中存放的地址可以指向代码段、数据段、附加段中的任意位置，不存放专用地址，因此也被称为变址寄存器。在通用时SI和DI中存放的是数据，不可以拆分为两个8位寄存器。

专用寄存器：标志寄存器

16位标志寄存器中有9位有效位，分别为6位状态标志位和3位控制标志位。

6位状态标志位记录了算术和逻辑运算的一些特征（例如：结果是否为0，是否有进位，借位，结果是否溢出等）：

其中，要注意CF有效表明无符号数计算溢出（无符号位计算判断溢出的依据：最高位进位），OF有效表明有符号数计算溢出（有符号位计算判断溢出的依据：次高位和最高位进位/借位状态不同）。

控制标志位表征着CPU的运行状态：

陷阱标志位：表征CPU正处于单步运行状态，即每运行一条语句就会进入一次中断，也就是我们软件中常用的单步调试；

中断允许标志位：也成为中断屏蔽标志位，用于确定某个中断是否被允许（允许则为1）；

方向标志位：表明了操作串的操作方向，操作串顾名思义就是一系列在内存上连续分布数据进行连续操作（数据串是存储器中一块字节或字的存储区域，其长度可以是1字节一64K字节；串操作就是对数据串中每个元素所进行的操作，这种操作通常是组合操作，能完成几条指令的功能）。

专用寄存器：段寄存器

段寄存器一共有四个（代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、附加段寄存器ES、堆栈段寄存器SS），其存储的地址分别指向代码段段首、数据段段首、附加段段首、堆栈段段首。

寄存器简称的由来

通用寄存器：

AX：accumulate register——累加器

BX：based register——基地址寄存器

CX：count register——计数器

DX：data registered——数据寄存器

段寄存器：

CS：code segment——代码段

DS：data segment——数据段

SS：stack segment——栈段寄存器

ES：extra segment——附加段寄存器

特殊功能寄存器：

IP：instructor point——指令指针寄存器

SP：stack point——堆栈指针寄存器

BP：base point——基础指针

SI：source index——源变址寄存器

DI：destination index——目的变址寄存器

PSW：program state word——程序状态字

FLAGS寄存器的9个有效标志位：

OF（11位-overflow flag-溢出标志位）：OV（overflow-溢出）/NV（not overflow-没溢出）

DF（10位-direction flag-方向标志位）：DN（down-下方）/UP（up-上方）

IF（9位-interrupt flag-中断标志位）：EI（enable interrupt-允许中断）/DI（disabled interrupt-不允许中断）

TF（8位-trap flag-陷阱标志位）

SF（7位-sign flag-负号标志位）：NG（negative-负）/PL（plus-正）

ZF（6位-zero flag-零值标志位）：ZR（zero-为零）/NZ（not zero-不为0）

AF（4位-auxiliary carray flag-辅助进位标志位）：AC（auxiliary carry-有辅助进位）/NA（not auxiliary carry-没有辅助进位）

PF（2位-parity flag-奇偶标志位）：PE（parity even-偶）/PO（parity odd-奇）

CF（0位-carry flag-进位标志位）：CY（carried-有进位）/NC（not carried-没进位）

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