[零基础入门学习]·10·寄存器·段寄存器·CS和IP的认识和修改指令·2.9~2.12小结·检测点2.3

2.9 段寄存器

前面我们讲到，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 的段寄存器中存放。8086CPU 有 4 个段寄存器：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。

2.10 CS和IP

CS和IP是8086CPU中两个最关键的寄存器，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，从名称上我们可以看出它们和指令的关系。

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。

图2.10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，图中数字均为十六进制）。

图2.10说明如下。

1. 8086CPU当前状态：CS中的内容为2000H，IP中的内容为0000H；
2. 内存20000H~20009H单元存放着可执行的机器码；
3. 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：B8 23 01，长度：3Byte，对应汇编指令：mov ax,0123H
   地址：20003H~20005H，内容：BB 03 00，长度：3Byte，对应汇编指令：mov bx,0003H
   地址：20006H~20007H，内容：89 D8，长度：2Byte，对应汇编指令：mov ax,bx
   地址：20008H~20009H，内容：01 D8，长度：2Byte，对应汇编指令：add ax,bx

下面一组图（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。注意每幅画中发生的变化（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）。

**（读取一条指令后，IP的值自动增加，以使CPU可以读取下一条指令。应当前读入的指令B82301长度为3个字节，所以IP中的值加3。此时，CS:IP指向内存单元2000:0003。）

下面一组图（图2.20~图2.26），以图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指向的内容单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器；
2. IP=IP+所读取指令的长度，从而指向下一套指令；
3. 指向指令。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FFFF0H单元中读取指令执行，FFFF0H单元中的指令是8086PC机开启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。

我们在第1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在工作的时候把有用的信息看作命令，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命令？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，内容中的一段信息层被CPU执行过的话，那么，它所在的内存单元必然被CS:IP指向过。

2.1 修改CS、IP的指令

在CPU中，程序员能够用指令读写的部件只有寄存器，程序员可以通过改变寄存器中的内容实现对CPU的控制。CPU从何处执行指令由CS、IP中的内容决定的，程序员可以通过改成CS、IP中的内容来控制CPU执行目标指令。

我们如何改变CS、IP的值呢？显卡，8086CPU必须提供相应的指令。我们如何修改AX中的值？可以用mov指令，如mov ax,123将ax中的值设为123，显然，我们也可以用同样的方法设置其他寄存器，比如mov bx,123，mov cx,123，mov dx,123等。其实，8086CPU大部分寄存器的值，都可以用mov指令来改变，mov指令被称为传送指令。

但是，mov指令不能用于设置CS、IP的值，原因很简单，因为8086CPU没有提供这样的功能。8086CPU为CS、IP提供了另外的指令来改变它的值。能够改变CS、IP的内容的指令被统称为转移指令（我们后面会深入研究）。我们现在介绍一个最简单的可以修改CS、IP的指令：jmp指令。

若想同时修改CS、IP的内容，看用形如“jmp 段地址:偏移地址”的指令完成，如

jmp 2AE3:3，执行后：CS=2AE3H，IP=0003H，CPU将从2AE33H处读取指令。
jmp 3:0B16，执行后：CS=0003H，IP=0B16H，CPU将从00B46H处读取指令。

“jmp 段地址:偏移地址”指令的功能为：用指令中给出的段地址修改CS，偏移地址修改IP。

若想仅修改IP的内容，可用形如“jmp 某一合法寄存器”的指令完成，如

jmp ax，指令执行前：ax=1000H，CS=2000H,IP=0003H
        指令执行后：ax=1000H，CS=2000H,IP=1000H
jmp bx，指令执行前：bx=0B16H，CS=2000H,IP=0003H
        指令执行前：bx=0B16H，CS=2000H,IP=0B16H

“jmp 某一合法寄存器”指令的功能：用寄存器中的值修改IP。

jmp ax，在含义上好似：mov IP,ax

注意，我们在适当的时候，会用已知汇编指令的语法来描述新学的汇编指令的功能。采用一种“用汇编解释汇编”的方法来使读者更好地理解汇编指令的功能，这样做有助于读者进行知识的相互融会。要强调的是，我们是用“已知的汇编指令的语法”进行描述，并不是用“已知的汇编指令”来描述，比如，我们用 mov IP,ax 来描述jmp ax，并不是说真有mov IP,ax这样的指令，而是用mov指令的语法来说明jmp指令的功能。我们可以用同样的方法描述jmp 3:01B6 的功能：jmp 3:01B6 在含义上好似mov CS,3 mov IP,01B6。

问题 2.3

内存中存放的机器码和对应的汇编指令情况如图2.27所示，设CPU的初始状态：CS=2000H，IP=0000H，请写出指令执行序列。思考后看分析。

分析：
CPU对图2.27中的指令的执行过程如下。

1. 当前 CS=2000H，IP=0000H，则CPU从内存2000H x 16=0=20000H处读取指令，读入的指令是：B8 22 66(mov ax,6622H),读入后IP=IP+3=0003H；
2. 指令执行后， CS=2000H，IP=0003H，则CPU从内存2000H x 16+0003H = 20003H处读取指令，读入的指令是：EA 03 00 00 10(jmp 1000:0003)，读入后IP=IP+5=0008H；
3. 执行指令后， CS=1000H，IP=0003H，则CPU从内存1000H x 16+0003H = 10003H处读取指令，读入的指令是：D8 00 00(mov ax,0000)，读入后IP=IP+3=0006H；
4. 执行命令后， CS=1000H，IP=0006H，则CPU从内存1000H x 16+0006H = 10006H处读取指令，读入的指令是：8B D8(mov bx,ax)，读入后IP=IP+2=0008H；
5. 执行命令后， CS=1000H，IP=0008H，则CPU从内存1000H x 16+0006H = 10008H处读取指令，读入的指令是：FF E3(jmp bx)，读入后IP=IP+2=000AH；
6. 执行指令后，CS=1000H，IP=0000H，CPU从内存10000H处读取指令……

经分析后，可知指令执行序列为：

（1）mov ax,6622H
（2）jmp 1000:3
（3）mov ax,0000
（4）mov bx,ax
（5）jmp bx
（6）mov ax,0123H
（7）转到第3步执行

2.12 代码段

前面讲过，对于8086PC 机，在编程时，可以根据需要，将一组内存单元定义为一个段。我们将长度为N（N≤64KB）的一组代码，存在一组地址连续、起始地址为16的倍数的内存单元中，我们可以认为，这段地址是用来存放代码的，从而定义一个代码段。比如，将：

mov ax,0000   (B8 00 00)
add ax,0123H  (05 23 01)
mov bx,ax     (8B D8)
jmp bx        (FF E3)

这段长度为10个字节的指令，存放在123B0H~123B9H的一组内存单元中，我们就可以认为，123B0H~123B9H这段内存是用来存放代码的，是一个代码段，它的段地址为123BH，长度为10个字节。

如何使得代码段中的指令被执行呢？将一段代码当做代码段，仅仅是我们在编程时的一种安排，CPU并不会由于这种安排，就自动地将我们定义的代码段中的指令当作指令来执行。CPU只认被CS:IP指向的内存单元中的内容为指令。所以，要让CPU执行我们放在代码段中的指令，必须要将CS:IP指向所定义的代码段的第一条指令的首地址。对于上面的例子，我们将一段代码存放在 123B0H~123B9H 内存单元中，将其定义为代码段，如果要让这段代码段得到执行，可设 CS = 123BH，IP = 0000H。

2.9~2.12 小结

1. 段地址在8086CPU的段寄存器中存放。当8086CPU要访问内存时，由段寄存器提供内存单元的段地址。8086CPU有4个段寄存器，其中CS用来存放指令的段地址。
2. CS存放指令的段地址，IP存放指令的编译地址。
   8086机中，任意时刻，CPU将CS:IP指向的内容当作指令执行。
3. 8086CPU的工作过程：
   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；
   ②IP指向下一条指令；
   ③执行指令。（转到步骤①，重复这个过程。）
4. 8086CPU提供转移指令修改CS、IP的内容。

检测点 2.3

下面的3条指令执行后，CPU几次修改IP？都是在什么时候？最后IP中的值是多少？

mov ax,bx
sub ax,bx
jmp ax

没有通过检测点请不要向下学习！
做完后再看二楼的参考答案

检测点 2.3 参考答案

下面的3条指令执行后，CPU几次修改IP？都是在什么时候？最后IP中的值是多少？

mov ax,bx
sub ax,bx
jmp ax

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回答：
一共修改了4次。

• 第一次修改：读取mov ax,bx 指令后，进入指令缓冲器，此时IP=0003H，CS不变。ax = bx。
• 第二次修改：读取sub ax,bx 指令后 ，进入指令缓冲器，此时IP=0005H，CS不变。ax = ax - bx 所以当前ax的值为0。
• 第三次修改：读取jmp ax 指令后,进入指令缓存器，此时IP=0007H,CS不变。
• 第四次修改：修改IP的值为ax，由于ax的值为0000H，所以IP也就是0000H。

最后的IP的值为0000H，因为ax的值为0。