摘要

1. 寄存器
2. 实模式下的CPU寻址方式
3. 寄存器寻址
4. 立即数寻址
5. 内存寻址
6. 栈

1. 寄存器

寄存器是一种物理存储原件，速度可以跟上CPU的速度，所以CPU内部使用各种类型的寄存器供读取数据来使用。这里可以看出寄存器的主要用途：

• 为CPU存储数据
• 解决从其他硬件获取数据与CPU执行速度不匹配的问题

CPU中的寄存器大致分为两类：

• 内部使用，对程序员不可见（不可使用）：GDTR（全局描述符表寄存器）、IDTR（中断描述符表寄存器）、LDTR（局部描述符表寄存器）、TR（任务寄存器）、CR0~3（控制寄存器）、（IP）指令指针寄存器、flags（标志寄存器）、DR0~7（调试寄存器）
• 程序员可见（可以直接操作）的寄存器：段寄存器、通用寄存器

实模式下默认用到的寄存器都是16位。

1.1 内部寄存器

内部寄存器虽然不可以直接使用，但是部分寄存器必须要通过我们的代码进行初始化。

• GDTR需要通过lgdt指令为其指定全局描述符表的地址及偏移量
• IDTR需要通过lidt指令为其指定中断描述符表的地址
• LDTR需要通过lgdt指令为其其指定局部描述符表ldt
• TR需要通过ltr指令为其指定一个任务状态段tss

1.2 可见寄存器

1.2.1 段寄存器

段寄存器是CPU用来寻址使用，CPU默认的寻址方式是**"段基址":"段内偏移地址"**，段基址就是用段寄存器来进行存储。

在我们计算机加载我们的程序以后，会将我们的应用程序在内存大致分为三个部分：

• 代码段：该内存区域存储了我们应用程序的指令
• 数据段：该内存区域存储的是我们需要使用到的数据
• 栈段：CPU运行时的必须

段寄存器主要由以下分类：

• CS（代码段寄存器）：存储代码段的起始地址
• DS（数据段寄存器）：存储数据段的起始地址
• SS（栈段及寄存器）：存储栈的起始地址
• ES、CS、GS（附加段寄存器）

可见寄存器CS:内部寄存器IP存储了CPU下一条待执行指令的地址。

1.2.2 通用寄存器

通用寄存器主要由以下几类组成：

• AX（累加器）：由低8位的AL寄存器和高8位的AH寄存器组成，常用于算数运算、逻辑运算、保存外设输入输出的数据
• BX（基址寄存器）：由低8位的BL寄存器和高8位的BH寄存器组成，常用于存储内存地址，用此地址作为基址遍历一片内存区域
• CX（计数器）：由低8位的CL寄存器和8位的CH寄存器组成，常用于计数（循环指令中的循环次数）
• DX（数据寄存器）：由低8位的DL寄存器和高8位的DH寄存器组成，常用于保存外设控制器的端口号地址
• SI（源变址寄存器）：常用于字符串操作中的数据源地址（被传送的数据在哪里）
• DI（目的地址寄存器）：常用于字符串操作中的数据目的地址（数据被传送到哪里）
• SP（栈指针寄存器）：段基址寄存器是SS，用来指向栈顶。push和pop会修改SP的值
• BP（基址指针）：SP永远指向栈顶，我们无法访问栈顶和栈底之间的数据，如果想要访问这期间的数据就需要借助SS:BP

2. 实模式下的CPU寻址

指令都是由操作码和操作数组成，操作数可以是源操作数、目的操作数，寻址就是寻找操作数的地址。

寻址的方式主要分为以下三类：

• 寄存器寻址
• 立即数寻址
• 内存寻址

2.1 寄存器寻址

只要牵涉到寄存器的操作，无论是源操作数还是目的操作数，都是寄存器寻址。

; 将0x10存入ax寄存器
mov ax, 0x10
；将0x9存入dx寄存器
mov dx, 0x9
；求ax和dx的乘积，高16位在dx寄存器，低16位在ax寄存器
mul dx

这三条命令都属于寄存器寻址。

2.2 立即数寻址

指令都是由操作码和操作数组成，如果操作数可以直接存在指令中，拿过来即可使用，那么该数成为立即数。

mov ax, 0x10
mov dx, ax

第一条命令的源操作数是0x10，目的操作数是ax寄存器，所以第一条命令即是寄存器寻址又是立即数寻址。

第二条命令只涉及到寄存器，因此它只是寄存器寻址。

2.3 内存寻址

寄存器寻址和立即数寻址中，源操作数和目的操作数不在内存中。相反操作数在内存中的寻址方式则称为内存寻址。

实模式下CPU访问内存采用的是段基址:段内偏移的形式，计算方式是 物理地址 = 段基址*16(相当于左移4位) + 段内偏移地址，默认情况下，数据段寄存器是DS。

内存寻址的方式主要有：

• 直接寻址
• 基址寻址
• 变址寻址
• 基址变址寻址

2.3.1 直接寻址

直接寻址就是将操作数的内存地址在指令中直接给出。

mov ax, [0x1234]
mov ax, [fs:0x5678]

第一条指定是将内存地址为（DS*16 + 0x1234）的值写入ax寄存器。

第二条指定是将内存地址为（FS*16 + 0x5678）的值写入ax寄存器。

2.3.2 基址寻址

基址寻址是指操作数用BX寄存器或BP寄存器作为地址的开始，地址的变化都以其为基础。实模式下只能使用BX或BP寄存器作为基址，保护模式下则无这种限制。

BX寄存器的默认段寄存器为DS，BP寄存器的默认段寄存器为SS。

int a = 0;
function(int b, int c) {
    int d;
}
a++;

2.3.3 变址寻址

变址寄存器类似于基址寄存器，寄存器由BX、BP换成了SI、DI。SI是指源索引寄存器、DI是指目的索引寄存器。默认的端寄存器都是DS。

mov [di], ax
mov [si+0x1234], ax

第一条指令是将寄存器AX中的值存入DS:DI指向的内存地址处。

第二条指令是将寄存器AX中的值存入DS:(DI+0x1234)指向的内存地址处。

2.3.4 基址变址寻址

基址变址寻址就是采用基址变址+变址寻址的组合。如下：

mov [bx+di], ax

该条指令的含义就是将寄存器AX中的值存入DS:(BX+DI)指向的内存地址处。

3. 栈

栈是一种什么数据结构这里就不说了，我们这里讲的栈是一片内存区域，栈中的内存地址也是采用段寄存器SS中的值*16 + 栈指针寄存器SP来访问。

硬件提供了相应的方法来存取栈，即PUSH和POP指令。

栈是从高地址往低地址发展，因此栈顶的指针指向的地址会越来越低。

我们在访问栈的时候，访问的内存依然是从低地址到高地址，假设当前栈顶是0x1233E，栈顶数据如果占2字节的话，则范围是0x1233E~0x1233F。

PUSH指令压入数据的过程：

1. 将SP减去字长（CPU一次可处理的数据长度，实模式下为16位）
2. 所得的差存入SP，栈顶更新完成
3. 将数据压入SP所指向的内存地址处

POP指令弹出数据的过程：

1. 弹出栈顶的数据（SP指向的内存地址）
2. 将SP加上字长
3. 所得的和存入SP，栈顶更新完成。

本期寄存器及实模式下CPU的寻址方式就介绍到这，“点赞”+“关注”，我们下期再见！