CPU常見寄存器介紹

CPU常見寄存器介紹 


32 位CPU 所含有的寄存器有：
 
4 個數據寄存器(EAX 、EBX 、ECX 和EDX)
2 個變址和指針寄存器(ESI 和 EDI) 2 個指針寄存器(ESP 和EBP) 
6 個段寄存器(ES 、CS 、SS 、DS 、FS 和GS)
1 個指令指針寄存器(EIP) 1 個標誌寄存器(EFlags) 

1 、數據寄存器 

數據寄存器主要用來保存操作數和運算結果等信息，從而節省讀取操作數所需佔用總線和訪問存儲器的時間。 

32 位CPU 有4 個32 位的通用寄存器EAX 、EBX 、ECX 和EDX 。對低16 位數據的存取，不會影響高16 位的數據。這些
低16 位寄存 器分別命名爲：AX 、BX 、CX 和DX ，它和先前的CPU 中的寄存器相一致。 

4 個16 位寄存器又可分割成8 個獨立的8 位寄存器(AX ：AH-AL 、BX ：BH-BL 、CX ：CH-CL 、DX ：DH-DL) ，每個寄
存 器都有自己的名稱，可獨立存取。程序員可利用數據寄存器的這種“ 可分可合” 的特性，靈活地處理字/ 字
節的信息。 

  寄存器AX 和AL 通常稱爲累加器(Accumulator) ，用累加器進行的操作可能需要更少時間。累加器可用於乘、
  除、輸入/ 輸出等 操作，它們的使用頻率很高； 
  寄存器BX 稱爲基地址寄存器(Base Register) 。它可作爲存儲器指針來使用；  
  寄存器 CX 稱爲計數寄存器(Count Register) 。在循環和字符串操作時，要用它來控制循環次數；在位操作
  中，當移多位時，要用CL 來指明 移位的位數； 
  寄存器DX 稱爲數據寄存器(Data Register) 。在進行乘、除運算時，它可作爲默認的操作數參與運算，也
  可 用於存放I/O 的端口地址。 


在16 位CPU 中，AX 、BX 、CX 和DX 不能作爲基址和變址寄存器來存放存儲單元的地址，但在32 位CPU 中，其32 位
寄存器 EAX 、EBX 、ECX 和EDX 不僅可傳送數據、暫存數據保存算術邏輯運算結果，而且也可作爲指針寄存器，
所以，這些32 位寄存器更具有通用性。 

2 、變址寄存器 

32 位CPU 有2 個32 位通用寄存器ESI 和EDI 。其低16 位對應先前CPU 中的SI 和DI ，對低16 位數據的存取，不影響
高16 位的數 據。 

寄存器ESI 、EDI 、SI 和DI 稱爲變址寄存器(Index Register) ，它們主要用於存放存儲單元在段內的偏移量，
用它們可實 現多種存儲器操作數的尋址方式，爲以不同的地址形式訪問存儲單元提供方便。 

變址寄存器不可分割成8 位寄存器。作爲通用寄存器，也可存儲算術邏輯運算的操作數和運算結果。 

它們可作一般的存儲器指針使用。在字符串操作指令的執行過程中，對它們有特定的要求，而且還具有特
殊的功能。 

3 、指針寄存器 

32 位CPU 有2 個32 位通用寄存器EBP 和ESP 。其低16 位對應先前CPU 中的SBP 和SP ，對低16 位數據的存取，不影
響高16 位的 數據。 

寄存器EBP 、ESP 、BP 和SP 稱爲指針寄存器(Pointer Register) ，主要用於存放堆棧內存儲單元的偏移量，
用它們可實 現多種存儲器操作數的尋址方式，爲以不同的地址形式訪問存儲單元提供方便。 

指針寄存器不可分割成8 位寄存器。作爲通用寄存器，也可存儲算術邏輯運算的操作數和運算結果。 

它們主要用於訪問堆棧內的存儲單元，並且規定：
 
 BP 爲基指針(Base Pointer) 寄存器，用它可直接存取堆棧中的數據； 
 SP 爲堆棧指針(Stack Pointer) 寄存器，用它只可訪問棧頂。 

4 、段寄存器 

段寄存器是根據內存分段的管理模式而設置的。內存單元的物理地址由段寄存器的值和一個偏移量組合而成
的，這樣可用兩個較少位數的值組合成一 個可訪問較大物理空間的內存地址。 

CPU 內部的段寄存器：
 
 CS—— 代碼段寄存器(Code Segment Register) ，其值爲代碼段的段值； 
 DS —— 數據段寄存器(Data Segment Register) ，其值爲數據段的段值； 
 ES—— 附加段寄存器(Extra Segment Register) ，其值爲附加數據段的段值； 
 SS—— 堆棧段寄存器(Stack Segment Register) ，其值爲堆棧段的段值； 
 FS—— 附加段寄存器(Extra Segment Register) ，其值爲附加數據段的段值； 
 GS—— 附加段寄存器(Extra Segment Register) ，其值爲附加數據段的段值。 

在16 位CPU 系統中，它只有4 個段寄存器，所以，程序在任何時刻至多有4 個正在使用的段可直接訪問；在32 位
微機系統中，它有6 個段寄存 器，所以，在此環境下開發的程序最多可同時訪問6 個段。 

32 位CPU 有兩個不同的工作方式：實方式和保護方式。在每種方式下，段寄存器的作用是不同的。有關規定簡
單描述如下： 

實方式： 前4 個段寄存器CS 、DS 、ES 和SS 與先前CPU 中的所對應的段寄存器的含義完全一致，內存單元的邏輯
地址仍爲“ 段值：偏移 量” 的形式。爲訪問某內存段內的數據，必須使用該段寄存器和存儲單元的偏移量。 
保護方式： 在此方式下，情況要複雜得多，裝入段寄存器的不再是段值，而是稱爲“ 選擇子”(Selector) 的某個值。。 

5 、指令指針寄存器 

32 位CPU 把指令指針擴展到32 位，並記作EIP ，EIP 的低16 位與先前CPU 中的IP 作用相同。 

指令指針EIP 、IP(Instruction Pointer) 是存放下次將要執行的指令在代碼段的偏移量。在具有預取指令功
能的系統 中，下次要執行的指令通常已被預取到指令隊列中，除非發生轉移情況。所以，在理解它們的功能
時，不考慮存在指令隊列的情況。 

在實方式下，由於每個段的最大範圍爲64K ，所以，EIP 中的高16 位肯定都爲0 ，此時，相當於只用其低16 位
的IP 來反映程序中指令的執 行次序。 

6 、標誌寄存器 

一、運算結果標誌位
1 、進位標誌CF(Carry Flag)
進位標誌CF 主要用來反映運算是否產生進位或借位。如果運算結果的最 高位產生了一個進位或借位，那麼，其值爲1 ，否則其值爲0 。 

使用該標誌位的情況有：多字( 字節) 數的加減運算，無符號數的大小比較運算，移位操作，字( 字節) 之間移位，專門改變CF 值的指令等。 

2 、奇偶標誌PF(Parity Flag)
奇偶標誌PF 用於反映運算結果中“1” 的個數的奇偶性。如果“1” 的個數爲偶數，則PF 的值爲 1 ，否則其值爲0 。 

利用PF 可進行奇偶校驗檢查，或產生奇偶校驗位。在數據傳送過程中，爲了提供傳送的可靠性，如果採用奇偶校驗的方法，就可使用該標誌位。 

3 、輔助進位標誌AF(Auxiliary Carry Flag)
在發生下列情況時，輔助進位標誌AF 的值被置爲1 ，否則其值爲0 ： 

(1) 、在字操作時，發生低字節向高字節進位或借位時；
(2) 、在字節操作時，發生低4 位向高4 位進位或借位時。 

對以上6 個運算結果標誌位，在一般編程情況下，標誌位CF 、ZF 、SF 和OF 的使用頻率較高，而標誌位PF 和AF 的使用頻率較低。 

4 、零標誌ZF(Zero Flag)
零標誌ZF 用來反映運算結果是否爲0 。如果運算結果爲0 ，則其值爲1 ，否則其值爲0 。在判斷運算結果是否爲0 時，可使用此標誌位。 

5 、符號標誌SF(Sign Flag)
符號標誌SF 用來反映運算結果的符號位，它與運算結果的最高位相同。在微機系統中，有符號數採用補 碼錶示法，所以，SF 也就反映運算結果的正負號。運算結果爲正數時，SF 的值爲0 ，否則其值爲1 。 

6 、溢出標誌OF(Overflow Flag)
溢出標誌OF 用於反映有符號數加減運算所得結果是否溢出。如果運算結果超過當前運算位數所 能表示的範圍，則稱爲溢出，OF 的值被置爲1 ，否則，OF 的值被清爲0 。 

“ 溢出” 和“ 進位” 是兩個不同含義的概念，不要混淆。如果不太清楚的話，請查閱《計算機組成原理》課程中的有關章節。 

二、狀態控制標誌位
狀態控制標誌位是用來控制CPU 操作的，它們要通過專門的指令才能使之發生改變。 

1 、追蹤標誌TF(Trap Flag)
當追蹤標誌TF 被置爲1 時，CPU 進入單步執行方式，即每執行一條指令，產生一個單步中斷請求。這 種方式主要用於程序的調試。 

指令系統中沒有專門的指令來改變標誌位TF 的值，但程序員可用其它辦法來改變其值。 

2 、中斷允許標誌IF(Interrupt-enable Flag)
中斷允許標誌IF 是用來決定CPU 是否響應CPU 外部的可屏蔽中斷髮 出的中斷請求。但不管該標誌爲何值，CPU 都必須響應CPU 外部的不可屏蔽中斷所發出的中斷請求，以及CPU 內部產生的中斷請求。具體規定如下： 

(1) 、當IF=1 時，CPU 可以響應CPU 外部的可屏蔽中斷髮出的中斷請求； 

(2) 、當IF=0 時，CPU 不響應CPU 外部的可屏蔽中斷髮出的中斷請求。 

CPU 的指令系統中也有專門的指令來改變標誌位IF 的值。 

3 、方向標誌DF(Direction Flag)
方向標誌DF 用來決定在串操作指令執行時有關指針寄存器發生調整的方向。具體規定在第 5.2.11 節—— 字符串操作指令—— 中給出。在微機的指令系統中，還提供了專門的指令來改變標誌位DF 的值。 

三、32 位標誌寄存器增加的標誌位
1 、I/O 特權標誌IOPL(I/O Privilege Level)
I/O 特權標誌用兩位二 進制位來表示，也稱爲I/O 特權級字段。該字段指定了要求執行I/O 指令的特權級。如果當前的特權級別在數值上小於等於IOPL 的值，那麼，該I/O 指令 可執行，否則將發生一個保護異常。 

2 、嵌套任務標誌NT(Nested Task)
嵌套任務標誌NT 用來控制中斷返回指令IRET 的執行。具體規定如下： 

(1) 、當NT=0 ，用堆棧中保存的值恢復EFLAGS 、CS 和EIP ，執行常規的中斷返回操作； 

(2) 、當NT=1 ，通過任務轉換實現中斷返回。 

3 、重啓動標誌RF(Restart Flag)
重啓動標誌RF 用來控制是否接受調試故障。規定：RF=0 時，表示“ 接受” 調試故障，否則 拒絕之。在成功執行完一條指令後，處理機把RF 置爲0 ，當接受到一個非調試故障時，處理機就把它置爲1 。 

4 、虛擬8086 方式標誌VM(Virtual 8086 Mode)
如果該標誌的值爲1 ，則表示處理機處於虛擬的8086 方式下的工作狀態，否則，處理機處於一般保護方式下的工作狀態。


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