爱了爱了，这篇寄存器讲的有点意思（一）-阿里云开发者社区

认识寄存器

寄存器的官方叫法有很多，Wiki 上面的叫法是 Processing Register，也可以称为 CPU Register，计算机中经常有一个东西多种叫法的情况，反正你知道都说的是寄存器就可以了。

认识寄存器之前，我们首先先来看一下 CPU 内部的构造。

CPU 从逻辑上可以分为 3 个模块，分别是控制单元、运算单元和存储单元，这三部分由 CPU 内部总线连接起来。

几乎所有的冯·诺伊曼型计算机的 CPU，其工作都可以分为5个阶段：「取指令、指令译码、执行指令、访存取数、结果写回」。

取指令阶段是将内存中的指令读取到 CPU 中寄存器的过程，程序寄存器用于存储下一条指令所在的地址
指令译码阶段，在取指令完成后，立马进入指令译码阶段，在指令译码阶段，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。
执行指令阶段，译码完成后，就需要执行这一条指令了，此阶段的任务是完成指令所规定的各种操作，具体实现指令的功能。
访问取数阶段，根据指令的需要，有可能需要从内存中提取数据，此阶段的任务是：根据指令地址码，得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算。
结果写回阶段，作为最后一个阶段，结果写回（Write Back，WB）阶段把执行指令阶段的运行结果数据写回到 CPU 的内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取；

计算机架构中的寄存器

寄存器是一块速度非常快的计算机内存，下面是现代计算机中具有存储功能的部件比对，可以看到，寄存器的速度是最快的，同时也是造价最高昂的。

我们以 intel 8086 处理器为例来进行探讨，8086 处理器是 x86 架构的前身。在 8086 后面又衍生出来了 8088 。

在 8086 CPU 中，地址总线达到 20 根，因此最大寻址能力是 2^20 次幂也就是 1MB 的寻址能力，8088 也是如此。

在 8086 架构中，所有的内部寄存器、内部以及外部总线都是 16 位宽，可以存储两个字节，因为是完全的 16 位微处理器。8086 处理器有 14 个寄存器，每个寄存器都有一个特有的名称，即

「AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI，IP，FLAG，CS，DS，SS，ES」

这 14 个寄存器有可能进行具体的划分，按照功能可以分为三种

通用寄存器
控制寄存器
段寄存器

下面我们分别介绍一下这几种寄存器

通用寄存器

通用寄存器主要有四种，即 「AX、BX、CX、DX」 同样的，这四个寄存器也是 16 位的，能存放两个字节。AX、BX、CX、DX 这四个寄存器一般用来存放数据，也被称为 数据寄存器。它们的结构如下

8086 CPU 的上一代寄存器是 8080 ，它是一类 8 位的 CPU，为了保证兼容性，8086 在 8080 上做了很小的修改，8086 中的通用寄存器 AX、BX、CX、DX 都可以独立使用两个 8 位寄存器来使用。

在细节方面，AX、BX、CX、DX 可以再向下进行划分

AX(Accumulator Register) ：累加寄存器，它主要用于输入/输出和大规模的指令运算。
BX(Base Register)：基址寄存器，用来存储基础访问地址
CX(Count Register)：计数寄存器，CX 寄存器在迭代的操作中会循环计数
DX(data Register)：数据寄存器，它也用于输入/输出操作。它还与 AX 寄存器以及 DX 一起使用，用于涉及大数值的乘法和除法运算。

这四种寄存器可以分为上半部分和下半部分，用作八个 8 位数据寄存器

「AX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 AH 和 AL 寄存器；」
「BX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 BH 和 BL 寄存器；」
「CX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 CH 和 CL 寄存器；」
「DX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 DH 和 DL 寄存器；」

除了上面 AX、BX、CX、DX 寄存器以外，其他寄存器均不可以分为两个独立的 8 位寄存器

如下图所示。

AX 的低位（0 - 7）位构成了 AL 寄存器，高 8 位（8 - 15）位构成了 AH 寄存器。AH 和 AL 寄存器是可以使用的 8 位寄存器，其他同理。

在认识了寄存器之后，我们通过一个示例来看一下数据的具体存储方式。

比如数据 19 ，它在 16 位存储器中所存储的表示如下

寄存器的存储方式是先存储低位，如果低位满足不了就存储高位，如果低位能够满足，高位用 0 补全，在其他低位能满足的情况下，其余位也用 0 补全。

8086 CPU 可以一次存储两种类型的数据

字节(byte)：一个字节由 8 bit 组成，这是一种恒定不变的存储方式
字(word)：字是由指令集或处理器硬件作为单元处理的固定大小的数据，对于 intel 来说，一个字长就是两个字节，字是计算机一个非常重要的特征，针对不同的指令集架构来说，计算机一次处理的数据也是不同的。也就是说，针对不同指令集的机器，一次能处理不用的字长，有字、双字（32位）、四字（64位）等。

AX 寄存器

我们上面探讨过，AX 的另外一个名字叫做累加寄存器或者简称为累加器，其可以分为 2 个独立的 8 位寄存器 AH 和 AL；在编写汇编程序中，AX 寄存器可以说是使用频率最高的寄存器。

下面是几段汇编代码

mov ax,20   /* 将 20 送入寄存器 AX*/
mov ah,80   /* 将 80 送入寄存器 AH*/
add ax,10   /* 将寄存器 AX 中的数值加上 8 */

❝
这里注意下：上面代码中出现的是 ax、ah ，而注释中确是 AX、AH ，其实含义是一样的，不区分大小写。
❞

AX 相比于其他通用寄存器来说，有一点比较特殊，AX 具有一种特殊功能的使用，那就是使用 DIV 和 MUL 指令式使用。

❝
DIV 是 8086 CPU 中的除法指令。

MUL 是 8086 CPU 中的乘法指令。
❞

BX 寄存器

BX 被称为数据寄存器，即表明其能够暂存一般数据。同样为了适应以前的 8 位 CPU ，而可以将 BX 当做两个独立的 8 位寄存器使用，即有 BH 和 BL。BX 除了具有暂存数据的功能外，还用于 寻址，即寻找物理内存地址。BX 寄存器中存放的数据一般是用来作为偏移地址 使用的，因为偏移地址当然是在基址地址上的偏移了。偏移地址是在段寄存器中存储的，关于段寄存器的介绍，我们后面再说。

CX 寄存器

CX 也是数据寄存器，能够暂存一般性数据。同样为了适应以前的 8 位 CPU ，而可以将 CX 当做两个独立的 8 位寄存器使用，即有 CH 和 CL。除此之外，CX 也是有其专门的用途的，CX 中的 C 被翻译为 Counting 也就是计数器的功能。当在汇编指令中使用循环 LOOP 指令时，可以通过 CX 来指定需要循环的次数，每次执行循环 LOOP 时候，CPU 会做两件事

一件事是计数器自动减 1
还有一件就是判断 CX 中的值，如果 CX 中的值为 0 则会跳出循环，而继续执行循环下面的指令，
当然如果 CX 中的值不为 0 ，则会继续执行循环中所指定的指令。

DX 寄存器

DX 也是数据寄存器，能够暂存一般性数据。同样为了适应以前的 8 位 CPU ，DX 的用途其实在前面介绍 AX 寄存器时便已经有所介绍了，那就是支持 MUL 和 DIV 指令。同时也支持数值溢出等。

段寄存器

CPU 包含四个段寄存器，用作程序指令，数据或栈的基础位置。实际上，对 IBM PC 上所有内存的引用都包含一个段寄存器作为基本位置。

段寄存器主要包含

CS(Code Segment) ：代码寄存器，程序代码的基础位置
DS(Data Segment)：数据寄存器，变量的基本位置
SS(Stack Segment)：栈寄存器，栈的基础位置
ES(Extra Segment)：其他寄存器，内存中变量的其他基本位置。

索引寄存器

索引寄存器主要包含段地址的偏移量，索引寄存器主要分为

BP(Base Pointer)：基础指针，它是栈寄存器上的偏移量，用来定位栈上变量
SP(Stack Pointer): 栈指针，它是栈寄存器上的偏移量，用来定位栈顶
SI(Source Index): 变址寄存器，用来拷贝源字符串
DI(Destination Index): 目标变址寄存器，用来复制到目标字符串

状态和控制寄存器

就剩下两种寄存器还没聊了，这两种寄存器是指令指针寄存器和标志寄存器：

IP(Instruction Pointer)：指令指针寄存器，它是从 Code Segment 代码寄存器处的偏移来存储执行的下一条指令
FLAG : Flag 寄存器用于存储当前进程的状态，这些状态有

- 位置 (Direction)：用于数据块的传输方向，是向上传输还是向下传输
- 中断标志位 (Interrupt) ：1 - 允许；0 - 禁止
- 陷入位 (Trap) ：确定每条指令执行完成后，CPU 是否应该停止。1 - 开启，0 - 关闭
- 进位 (Carry) : 设置最后一个无符号算术运算是否带有进位
- 溢出 (Overflow) : 设置最后一个有符号运算是否溢出
- 符号 (Sign) : 如果最后一次算术运算为负，则设置 1 =负，0 =正
- 零位 (Zero) : 如果最后一次算术运算结果为零，1 = 零
- 辅助进位 (Aux Carry) ：用于第三位到第四位的进位
- 奇偶校验 (Parity) : 用于奇偶校验