【汇编语言】寄存器（CPU工作原理）（五）—— 段寄存器以及CS和IP

前言

📌 汇编语言是很多相关课程（如数据结构、操作系统、微机原理）的重要基础。但仅仅从课程的角度出发就太片面了，其实学习汇编语言可以深入理解计算机底层工作原理，提升代码效率，尤其在嵌入式系统和性能优化方面有重要作用。此外，它在逆向工程和安全领域不可或缺，帮助分析软件运行机制并增强漏洞修复能力。 本专栏的汇编语言学习章节主要是依据王爽老师的《汇编语言》来写的，和书中一样为了使学习的过程容易展开，我们采用以8086CPU为中央处理器的PC机来进行学习。

文章主要内容：

1. 段寄存器

我们前面讲到，8086CPU在访问内存时要由相关部件提供内存单元的段地址和偏移地址，送入地址加法器合成物理地址。这里，需要看一下，是什么部件提供段地址。段地址在8086CPU的段存器中存放。8086CPU有4个存器：CS、DS、SS、ES。当8086CPU 要访问内存时由这4个段寄存器提供内存单元的段地址。本章中只看一下CS。

2. CS 和 IP

CS和IP是8086CPU中最关键的寄存器，它们指示了CPU当前要读取指令的地址。 CS为代码段寄存器，IP为指令指针寄存器。

在8086PC机中，任意时刻，设CS中的内容为M，IP中的内容为N，8086CPU将从内存Mx16+N单元开始，读取一条指令并执行。 也可以这样表述：8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。

下图展示了8086CPU读取、执行指令的工作原理(图中只包括了和所要说明的问题密切相关的部件，图中数字都为十六进制)。

上图说明如下

• 8086CPU当前状态:CS中的内容为2000H，IP中的内容为0000H:
• 内存20000H~20009H单元存放着可执行的机器码;
• 内存20000H~20009H单元中存放的机器码对应的汇编指令如下：
  • 地址:20000H~20002H，内容:B82301，长度:3Byte，对应汇编指令:mov ax,0123H
  • 地址:20003H~20005H，内容:BB0300，长度:3Byte，对应汇编指令:mov bx,0003H
  • 地址:20006H~20007H，内容:89D8，长度:2Byte，对应汇编指令:mov ax,bx
  • 地址:20008H~20009H，内容:01D8，长度:2Byte，对应汇编指令:add ax,bx

下面的一组图(图 2.11~图 2.19)，以图 2.10 描述的情况为初始状态，展示了8086CPU读取、执行一条指令的过程。注意每幅图中发生的变化(下面对8086CPU的描述，是在逻辑结构、宏观过程的层面上进行的，目的是使读者对CPU工作原理有一个清晰、直观的认识，为汇编语言的学习打下基础。其中隐蔽了CPU的物理结构以及具体的工作细节)。

下面的一组图(图 2.20~图 2.26)，以上面的图 2.19 的情况为初始状态，展示了 8086CPU 继续读取、执行3条指令的过程。注意IP的变化(下面的描述中，隐蔽了读取每条指令的细节)。

通过上面的过程展示，8086CPU的工作过程可以简要描述如下：

1. 从CS:IP指向的内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器
2. IP=IP+所读取指令的长度，从而指向下一条指令;
3. 执行指令。转到步骤(1)，重复这个过程。

在8086CPU加电启动或复位后(即CPU刚开始工作时)CS和IP被设置为CS=FFFFH，IP=0000H，即在8086PC机刚启动时，CPU从内存FFFFOH单元中读取指令执行，FFFFOH单元中的指令是8086PC机开机后执行的第一条指令。

现在，我们更清楚了CS和IP的重要性，它们的内容提供了CPU要执行指令的地址

我们在本专栏的第1篇文章中讲过，在内存中，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息，CPU在工作的时候把有的信息看作指令，有的信息看作数据。

现在，如果提出一个问题：CPU根据什么将内存中的信息看作指令?如何回答?

我们可以说，CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看作指令，因为，在任何时候，CPU将CS、IP中的内容当作指令的段地址和偏移地址，用它们合成指令的物理地址，到内存中读取指令码，执行。如果说，内存中的一段信息曾被 CPU执行过的话，那么，它所在的内存单元必然被CS:IP指向过。

结语

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