汇编教程4:寄存器CPU工作原理2

最近在网上看了长篇小说<<疯狂的程序员>>。。嗯不错不错，看来这做程序员的人还大多有些相似的，不过每个人却还是有些不同的，就象我。。诶到现在还是一无所有，人财两空啊~~~~~~命苦不能怪政府。。

 

上一篇 寄存器CPU工作原理1，给大家介绍了几个寄存器，那几个寄存器因为是最常用的所以也叫通用寄存器，相信大家对这寄存器还是有了一个感性的认识了，但是CPU不能够只访问寄存器的，它要做更多的事情，比如读取内存。这应该说是CPU的基本功能之一吧，所以我们不了解下CPU访问内存的方法确实有点那个啊。。。 既然这样我们还是有必要了解下的。。。。。

 

CPU要访问内存它必须给出内存单元的地址，同时这些单元都是一维线性的。每一个内存单元都有一个唯一的地址。。这在前面的章节有所提及，那么CPU是怎么样给出内存单元的地址呢??想要了解这个问题，我们还得看看CPU的结构。。

 

我们通常说的8086CPU是16位的，那么这个16位代表了什么概念呢? 这个嘛。。 概括起来的讲啊主要是这几点。。

寄存器一次最多只能处理16位的数据。
寄存器的最大宽度为16位
寄存器和运算器之间的通路为16位

 

但是问题就来了，8086有20位地址总线(20位地址总线的寻址能力就有1M了)，而CPU内部只能够处理16位的数据那改怎么办呢??这个问题嘛，当然不可以浪费了地址总线对吧。。~~如果是地址总线也改成16位的那么我们的CPU寻址能力就只有64K了，那可是天壤之别啊。。当然的想个办法对不。。别人说intel里面的人都是天才，从这方面说的话还是有些道理的。。他们想到了在CPU内部做一个加法器来进行合成一个20位的物理地址。。那么合成过程是怎么样的呢??嗯，，，好的请听我细细道来。

 

首先CPU中的相关部件(这个部件我们马上要提到)提供2个16位的地址，然后送入一个叫地址加法器的部件，然后地址加法器再把两个地址合成为一个20位物理地址。。那么现在问题又来了对吧。。。他是怎么样合成物理地址的呢??没有关系这里有个公式。。。套公式总是比想问题简单些的。。。额。合成地址的规则是这样的:
物理地址 = 段地址 * 16 + 偏移地址。。

毛主席说过，实践才是硬道理啊，给大家套个公式就明白了，比如现在CPU要访问内存地址单元124C8H的内存单元，那么我们就可以让段地址为1240H，然后让偏移地址为00C8H，套用公式就比较简单了:
124C8H = 1240H * 16 + 00C8H
注意拉，这里别弄错了，这里我们讨论的数据都是16进制的，所以*16只是把小数点移动了一位而已，嗯。。是不是已经感觉到了16进制的好处了。。当你在感叹16进制是多么好之余有没有想过。。我刚才写的那公式里面讲了什么。段。。段地址。。什么的!这个段地址又是什么概念呢?? 千万别以为是一段一段的地址啊!，其实内存里面是绝对没有分段的，分段只是来自CPU自己。其实分段以后是有好处的，这样我们就可以把一些连续的内存当作一个段来使用，套用上面的公式，段地址不变。。只是改动偏移地址。。哈哈这样就方便多了。我们知道偏移地址也是16位的，那么一个段最长呢也只能有64KB而已，明白了吗? 以为偏移地址只能够表示64KB的内存而已。。。

 

前面我们讲到了”CPU的相关部件提供两个地址”，这么一句话。。那到底是什么东西在提供段地址呢??又是什么东西提供偏移地址呢??，这又不得不让我想到了寄存器，回忆我们前面学习的(应该还不至于忘记吧)4个通用寄存器，那么是不是CPU内部只有那么多寄存器呢?不是的。。呐。我这里就再给你说一个寄存器。这个寄存器就是专门用来放段地址的，它就是CS寄存器，不过好像叫寄存器就俗了些，不可以体现出它和其他那些寄存器的区别来，因为那些寄存器都是放一般性数据，，这CS寄存器可就不同咯。。所以又给它改个名字，就叫段寄存器吧。。这样理解应该比较好理解吧!!

 

现在还有个小问题，我们有了一个叫CS的段寄存器，，那还得有一个放偏移地址的寄存器啊，这次倒霉的就是CPU中一个叫IP的寄存器(嗯，别和IP地址的IP弄混了)。。啊，原来是这样啊。现在是万事俱备只欠东风啊。。就让我们来套用这个公式吧。。
物理地址 = CS * 16 + IP
就这样，给出了物理地址，事实上当你为CS为什么不叫EX或者其他的名字的时候，我得告诉你一个天大的秘密:
在8086的CPU上，任意时刻，设CS中的内容为M，IP的内容为N，那么8086将从内存:
M * 16 + N 单元开始执行。。

你可能不以为然呐，这有什么了不起啊，我跟你说这就错了，有了这玩意可以玩的事情可就多了。。你想啊我们想让CPU执行一条指令我们要怎么办呢? 想到了吧，嘿嘿。。让我值得高兴的是，我比你先想到~~~~我们只要设 M * 16 + N 的值为我们想要的内存单元地址那不就得了吗? 对的，确实是这样。。
在任意时刻 CPU将CS : IP指向的内容当作指令执行

为了让你有个更感性的认识我非常有必要举个例子，这是毛主席说的，实践才是硬道理啊，比如我在 内存20000 -20003处有条指令，那么我们想让这条指令执行一下该这么办呢?我想应该是这样的
1。 让CS : IP的值指向 20000处
2。 读取并执行指令，同时IP值要加3
我说的第一点可能比较好理解了，可为什么要加3呢，其实是这样的，你想想啊。。。CPU从20000处开始读取指令，读取到指令后就会返回，然后呢执行，CPU在执行完了这条指令后当然知道这条指令是占几个字节，这里是3个字节。。所以CPU就会把IP的值加3。。。嗯，明白了吧，原来是这样啊。
知识这东西啊，确实是好东西。当然你得先把它学会对吧。。现在让我们回想一下，那个电脑为什么在一按电源就会呼啦啦自动执行指令。。那么我们由此可以判断出，一定是有什么东西在修改着CS : IP的值对吧。。那么事实上是这样的。。

8086在加点启动后(或者重启了电脑) CS : IP的值被分别设置为CS=F000H， IP=FFFFH也就是说CPU在启动的时候从FFFF0H单元开始执行第一条指令，有趣吧。。

所以我们可以得出结论:

想要让指令执行必须让CS:IP指向它，反过来，一条指令如果被执行了，那么CS:IP一定指向过它。。

是不是已经按耐不住了，忍不住想写几条指令给CPU执行了??事实上我是一个不喜欢调人胃口的人，但是此时此刻我不得不提醒你，你还记得mov， add。指令吗?不会那么快就把这两条指令忘了吧，如果忘记了。那么你应该再回头看看 寄存器(CPU工作原理1)， 如果你还记得那么就比较简单了，例如我们还是在内存20000-20003处有条指令，那么我们可以这样写代码:
mov cs， 2000H
mov ip， 0H

如果你这样写的话，是要出错的，因为intel公司不给你这样干，这样写的指令是错误的。。你可能想问下为什么不行，那么我可以给你电话，你打电话去intel问下就清楚了，那么既然intel不给我们这样干，他总的提供让我们怎么修改CS和IP的值的方法吧，那么我可以明确的告诉你，方法是有的，就是用另外一条指令，它就是 jmp，使用方法:

同时修改CS 和IP的值: jmp 段地址 : 偏移地址
jmp 1000:2

只修改IP的值: jmp 某一合法寄存器
jmp ax     ‘这条指令执行的效果和 mov ip， 0H的效果差不多

如果你看到了这里，并且前面的教程你都看了，并且明白了，那么我不得不佩服你的勇气，与毅力，好好努力，相信自己一定可以把汇编学好的。相信你看到这里也开始心里甜了吧，很多奥秘开始向你解开，我当初就是学到这里的时候想，我一定要把汇编学下去，并且要学好。。相信你也是一样，下一篇我就要给大家将debug的使用了，虽然那东西简陋但是还是有必要了解下的。。因为它简单，学起来方便。。OK今天就到这里吧，晚上2点了!!