常用寄存器

寄存器

CPU主要由运算器、控制器以及多个寄存器组成，寄存器是CPU内部的信息存储单元，不同架构CPU之间寄存器类型有所区别。有很多寄存器如IR、MAR、MDR等是CPU内部使用的，对程序员而言是透明的，我们无法直接对其进行操作，而我们需要关注的是编程可以直接操作的寄存器，这类寄存器主要包括通用寄存器、段寄存器、指令指针寄存器和标志寄存器，这里先以8086寄存器为基础对x86系列寄存器进行介绍。

1.8086 寄存器

8086 CPU是8086系列CPU的基础，它有16根数据线和20根地址线，可寻址空间为1MB，虽然后续出现32、64位的高性能CPU，但其寄存器主要都是在8086寄存器上的扩展，向下兼容。8086 CPU中对程序员可见的寄存器分为通用寄存器、段寄存器、指令指针和标志寄存器4类共14个，均为16位，具体如下：

(1) 通用寄存器 (8个)

通用功能为传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果，除此之外每个寄存器还有一些特殊用途。

① 数据寄存器

• AX (Accumulator)：累加寄存器，可分为两个独立的8位寄存器，高8位AH，低8位AL。在除法运算中，AX存储被除数，乘法运算中，AX存储被乘数，如果运算数或运算结果是32位，则低16位存在AX中，高16位存在DX中
• BX (Base)：基地址寄存器，可分为两个独立的8位寄存器，高8位BH，低8位BL，用于寻址，存放某个存储单元地址的偏移，格式为：段:[偏移]，不指明段则默认为DS，如：MOV AH,DS:[BX]与MOV AH,[BX]等效
• CX (Count)：计数器寄存器，可分为两个独立的8位寄存器，高8位CH，低8位CL，用于循环计数
• DX (Data)：数据寄存器，可分为两个独立的8位寄存器，高8位DH，低8位DL。在运算中，如果运算数或运算结果是32位，则低16位存在AX中，高16位存在DX中

② 指针寄存器

• SP (Stack Pointer)：堆栈指针寄存器，SS:SP 指向栈顶元素，使用PUSH指令压栈时 SP=SP-1，使用POP指令弹栈时 SP=SP+1 (栈向下增长)
• BP (Base Pointer)：基指指针寄存器，用于栈寻址，不指明则使用SS作为默认段基地址

③ 变址寄存器

• SI (Source Index)：源变址寄存器，用于寻址，可存放源操作数的偏移地址，不指明则使用DS作为默认段基地址
• DI (Destination Index)：目的变址寄存器，用于寻址，可存放目的操作数的偏移地址，不指明则使用DS作为默认段基地址

(2) 段寄存器 (4个)

因为8086 CPU数据总线宽度为16位 (寻址64Kb)，但是地址总线宽度为20位 (寻址1Mb)，因此采用 [段地址*16+偏移地址] 的方式进行寻址，即段地址左移4位 (空缺补0) 后加上偏移地址，段寄存器的意义就在于为不同的段提供段地址。

• CS (Code Segment)：代码段寄存器，存放代码段基地址，CS:IP 指向CPU当前将要读取的指令的地址，当一个可执行文件加载到内存中以后，CS:IP 便指向了这个可执行文件的起始地址
• DS (Data Segment)：数据段寄存器，存放数据段基地址，除了BP寄存器外，其余寄存器都默认使用DS寄存器的值作为默认段基地址
• SS (Stack Segment)：堆栈段寄存器，存放堆栈段基地址，SS:SP 指向栈顶元素，使用PUSH指令压栈时 SP=SP-1，使用POP指令弹栈时 SP=SP+1
• ES (Extra Segment)：附加段寄存器，存附加段基地址

32/64位CPU地址总线和数据总线宽度保持一致，直接使用寄存器就可以寻址整个内存空间，因此 WIN32及之后汇编中不再通过段寄存器将内存进行分段，也无需再使用段寄存器进行寻址。

(3) 指令指针和标志寄存器： (2个)

• IP (Instruction Pointer)：指令指针寄存器，CS:IP 指向CPU当前将要读取的指令的地址，当一个可执行文件加载到内存中以后，CS:IP 便指向了这个可执行文件的起始地址
• FLAG：标志寄存器，每一个位都表示不同的状态，存储的信息通常又被称作程序状态字 (PSW)
  
  CF：进位标志，运算结果最高位进位时置1
  PF：奇偶标志，运算结果低8位中“1”的个数为偶数时置1
  AF：辅助进位标志，运算结果低4位产生进位时置1
  ZF：零标志，运算结果为0时置1
  SF：符号标志，运算结果为负时置1
  TF：跟踪标志，置1时进入单步调试状态
  IF：中断标志，置1时开中断，置0时关中断，缺省值为1
  DF：方向标志，置1时串操作为减地址方式，置0时为增地址方式，缺省值为0
  OF：溢出标志，运算结果超出范围时置1

2.32/64位CPU寄存器

第一款应用于桌面计算机的32位CPU是Intel公司的80386，这也是x86系列中第一个32位CPU，采用IA-32架构，80386除了包含8086所有的寄存器，并把通用寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器从16位扩充成32位之外 (名字变为EAX、EBX、ECX…)，还增加了两个16位的段寄存器FS和GS：

• FS (Flag Segment)：标志段寄存器
• GS (Global Segment)：全局段寄存器

32位之后又发展出64位的CPU，第一款应用于桌面计算机的64位CPU是AMD公司的Athlon64，其寄存器在80386基础上把通用寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器从32位扩充成64位 (名字变为RAX、RBX、RCX…)，同时又增加了8个通用寄存器R8-R15 (因为通用寄存器原先有8个0-7，所以新增加的从编号8开始)，x86系列寄存器对比如下图所示：