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寄存器
閱讀:23766時間:2011-03-29 15:58:06

  寄存器是CPU內(nèi)部用來存放數(shù)據(jù)的一些小型存儲區(qū)域,用來暫時存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。其實(shí)寄存器就是一種常用的時序邏輯電路,但這種時序邏輯電路只包含存儲電路。寄存器的存儲電路是由鎖存器或觸發(fā)器構(gòu)成的,因?yàn)橐粋鎖存器或觸發(fā)器能存儲1位二進(jìn)制數(shù),所以由N個鎖存器或觸發(fā)器可以構(gòu)成N位寄存器。寄存器是有限存貯容量的高速存貯部件。寄存器是中央處理器內(nèi)的組成部份,它們可用來暫存數(shù)據(jù)、指令和位址。在中央處理器的控制部件中,包含的寄存器有程序計(jì)數(shù)器(PC)和指令寄存器(IR)。在中央處理器的算術(shù)及邏輯部件中,包含的寄存器有累加器(ACC)。

特點(diǎn)及原理

  寄存器又分為內(nèi)部寄存器與外部寄存器,所謂內(nèi)部寄存器,其實(shí)也是一些小的存儲單元,也能存儲數(shù)據(jù)。但同存儲器相比,寄存器又有自己獨(dú)有的特點(diǎn):

 �、� 寄存器位于CPU內(nèi)部,數(shù)量很少,僅十四個;

 �、� 寄存器所能存儲的數(shù)據(jù)不一定是8bit,有一些寄存器可以存儲16bit數(shù)據(jù),對于386/486處理器中的一些寄存器則能存儲32bit數(shù)據(jù);

 �、� 每個內(nèi)部寄存器都有一個名字,而沒有類似存儲器的地址編號。

  寄存器的功能十分重要,CPU對存儲器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時,往往先把數(shù)據(jù)取到內(nèi)部寄存器中,而后再作處理。關(guān)于各個寄存器的具體問題后面會深入討論。

  外部寄存器是計(jì)算機(jī)中其它一些部件上用于暫存數(shù)據(jù)的寄存器,它與CPU之間通過"端口"交換數(shù)據(jù),所以外部寄存器具有寄存器和內(nèi)存儲器雙重特點(diǎn)。有些時候我們常把外部寄存器就稱為"端口",這種說法不太嚴(yán)格,但經(jīng)常這樣說。

  外部寄存器雖然也用于存放數(shù)據(jù),但是它保存的數(shù)據(jù)具有特殊的用途。某些寄存器中各個位的0、1狀態(tài)反映了外部設(shè)備的工作狀態(tài)或方式;還有一些寄存器中的各個位可對外部設(shè)備進(jìn)行控制;也有一些端口作為CPU同外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)的通路。所以說,端口是CPU和外設(shè)間的聯(lián)系橋梁。

  CPU對端口的訪問也是依據(jù)端口的"編號"(地址),這一點(diǎn)又和訪問存儲器一樣。不過考慮到機(jī)器所聯(lián)接的外設(shè)數(shù)量并不多,所以在設(shè)計(jì)機(jī)器的時候僅安排了1024個端口地址,端口地址范圍為0--3FFH。

用途

  1.存于寄存器內(nèi)的地址可用來指向內(nèi)存的某個位置即尋址;

  2.可將寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)及邏輯運(yùn)算;

  3.可以用來讀寫數(shù)據(jù)到電腦的周邊設(shè)備。

分類

  1、指針寄存器

  32位CPU有2個32位通用寄存器EBP和ESP。其低16位對應(yīng)先前CPU中的SBP和SP,對低16位數(shù)據(jù)的存取,不影響高16位的數(shù)據(jù)。寄存器EBP、ESP、BP和SP稱為指針寄存器(PointerRegister),主要用于存放堆棧內(nèi)存儲單元的偏移量,用它們可實(shí)現(xiàn)多種存儲器操作數(shù)的尋址方式,為以不同的地址形式訪問存儲單元提供方便。指針寄存器不可分割成8位寄存器。作為通用寄存器,也可存儲算術(shù)邏輯運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果。

  它們主要用于訪問堆棧內(nèi)的存儲單元,并且規(guī)定:

 �。�1)BP為基指針(BasePointer)寄存器,用它可直接存取堆棧中的數(shù)據(jù);

  (2)SP為堆棧指針(StackPointer)寄存器,用它只可訪問棧頂。

  2、指令指針寄存器

  32位CPU把指令指針擴(kuò)展到32位,并記作EIP,EIP的低16位與先前CPU中的IP作用相同。指令指針EIP、IP(InstructionPointer)是存放下次將要執(zhí)行的指令在代碼段的偏移量。在具有預(yù)取指令功能的系統(tǒng)中,下次要執(zhí)行的指令通常已被預(yù)取到指令隊(duì)列中,除非發(fā)生轉(zhuǎn)移情況。所以,在理解它們的功能時,不考慮存在指令隊(duì)列的情況。在實(shí)方式下,由于每個段的范圍為64K,所以,EIP中的高16位肯定都為0,此時,相當(dāng)于只用其低16位的IP來反映程序中指令的執(zhí)行次序。

  3、變址寄存器

  32位CPU有2個32位通用寄存器ESI和EDI。其低16位對應(yīng)先前CPU中的SI和DI,對低16位數(shù)據(jù)的存取,不影響高16位的數(shù)據(jù)。寄存器ESI、EDI、SI和DI稱為變址寄存器(IndexRegister),它們主要用于存放存儲單元在段內(nèi)的偏移量,用它們可實(shí)現(xiàn)多種存儲器操作數(shù)的尋址方式,為以不同的地址形式訪問存儲單元提供方便。變址寄存器不可分割成8位寄存器。作為通用寄存器,也可存儲算術(shù)邏輯運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果。它們可作一般的存儲器指針使用。在字符串操作指令的執(zhí)行過程中,對它們有特定的要求,而且還具有特殊的功能。

  4、段寄存器

  段寄存器是根據(jù)內(nèi)存分段的管理模式而設(shè)置的。內(nèi)存單元的物理地址由段寄存器的值和一個偏移量組合而成

  的,這樣可用兩個較少位數(shù)的值組合成一個可訪問較大物理空間的內(nèi)存地址。

  CPU內(nèi)部的段寄存器:

  CS——代碼段寄存器(CodeSegmentRegister),其值為代碼段的段值;

  DS——數(shù)據(jù)段寄存器(DataSegmentRegister),其值為數(shù)據(jù)段的段值;

  ES——附加段寄存器(ExtraSegmentRegister),其值為附加數(shù)據(jù)段的段值;

  SS——堆棧段寄存器(StackSegmentRegister),其值為堆棧段的段值;

  FS——附加段寄存器(ExtraSegmentRegister),其值為附加數(shù)據(jù)段的段值;

  GS——附加段寄存器(ExtraSegmentRegister),其值為附加數(shù)據(jù)段的段值。

  在16位CPU系統(tǒng)中,它只有4個段寄存器,所以,程序在任何時刻至多有4個正在使用的段可直接訪問;在32位微機(jī)系統(tǒng)中,它有6個段寄存器,所以,在此環(huán)境下開發(fā)的程序最多可同時訪問6個段。32位CPU有兩個不同的工作方式:實(shí)方式和保護(hù)方式。在每種方式下,段寄存器的作用是不同的。有關(guān)規(guī)定簡單描述如下:

  實(shí)方式:前4個段寄存器CS、DS、ES和SS與先前CPU中的所對應(yīng)的段寄存器的含義完全一致,內(nèi)存單元的邏輯地址仍為段值:“偏移量”的形式。為訪問某內(nèi)存段內(nèi)的數(shù)據(jù),必須使用該段寄存器和存儲單元的偏移量。保護(hù)方式:在此方式下,情況要復(fù)雜得多,裝入段寄存器的不再是段值,而是稱為”選擇子”(Selector)的某個值。

  5、數(shù)據(jù)寄存器

  數(shù)據(jù)寄存器主要用來保存操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果等信息,從而節(jié)省讀取操作數(shù)所需占用總線和訪問存儲器的時間。32位CPU有4個32位的通用寄存器EAX、EBX、ECX和EDX。對低16位數(shù)據(jù)的存取,不會影響高16位的數(shù)據(jù)。這些低16位寄存器分別命名為:AX、BX、CX和DX,它和先前的CPU中的寄存器相一致。

  4個16位寄存器又可分割成8個獨(dú)立的8位寄存器(AX:AH-AL、BX:BH-BL、CX:CH-CL、DX:DH-DL),每個寄存器都有自己的名稱,可獨(dú)立存取。程序員可利用數(shù)據(jù)寄存器的這種“可分可合”的特性,靈活地處理字/字節(jié)的信息。寄存器AX和AL通常稱為累加器(Accumulator),用累加器進(jìn)行的操作可能需要更少時間。累加器可用于乘、除、輸入/輸出等操作,它們的使用頻率很高;寄存器BX稱為基地址寄存器(BaseRegister)。它可作為存儲器指針來使用;寄存器CX稱為計(jì)數(shù)寄存器(CountRegister)。在循環(huán)和字符串操作時,要用它來控制循環(huán)次數(shù);在位操作中,當(dāng)移多位時,要用CL來指明移位的位數(shù);

  寄存器DX稱為數(shù)據(jù)寄存器(DataRegister)。在進(jìn)行乘、除運(yùn)算時,它可作為默認(rèn)的操作數(shù)參與運(yùn)算,也可用于存放I/O的端口地址。在16位CPU中,AX、BX、CX和DX不能作為基址和變址寄存器來存放存儲單元的地址,但在32位CPU中,其32位寄存器EAX、EBX、ECX和EDX不僅可傳送數(shù)據(jù)、暫存數(shù)據(jù)保存算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果,而且也可作為指針寄存器,所以,這些32位寄存器更具有通用性。

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