5.6 段寄存器、指令寄存器和标志寄存器

5.6 段寄存器、指令寄存器和标志寄存器

CPU 要访问某个内存单元，必须知道：

它在哪个段？它在这个段内偏移多少？

也就是：段地址 + 偏移地址

段地址由段寄存器提供。
偏移地址由 IP、SP、BP、SI、DI、BX 或指令中的位移量等提供。

所以一个内存地址通常写成：段寄存器:偏移地址

例如：CS:IP DS:BX SS:SP ES:DI

一个程序可以有很多段，但当前最多有 4 个段

课本说，一个程序可以分成很多个存储段。

但是 CPU 运行的任意时刻，最多只能有 4 个“当前段”。

这 4 个当前段由 4 个段寄存器指出：

CS：当前代码段
DS：当前数据段
ES：当前附加段
SS：当前堆栈段

可以这样理解：

内存里可能有很多个房间。 但 CPU 手里当前只有 4 张“门牌号卡片”。 这 4 张卡片分别指向当前代码、当前数据、当前附加数据、当前堆栈。

CS、DS、ES、SS 的角色不能随便混

课本强调，这 4 个当前段的作用不能随便调换。

意思是：

CS 通常必须指向代码段，因为 CPU 取指令靠 CS:IP。
SS 通常必须指向堆栈段，因为 PUSH、POP、CALL、RET 等栈操作靠 SS:SP。
DS 和 ES 通常指向数据段或附加数据段。

尤其是 CS 很特殊。

你不能像普通寄存器一样直接：

MOV CS, AX

这在 8086 里是不允许的。

CS 通常通过跳转、调用、返回、中断等方式改变。

图 2.6：用段寄存器寻找存储段

图 2.6 左边画了 CS、DS、SS、ES 四个段寄存器。

右边是一条从：00000H 到 FFFFFH的内存空间。

因为 8086 有 20 位地址线，所以内存物理地址范围是：

00000H ~ FFFFFH

也就是 1MB。图中每个段寄存器都指向内存中的某个段基址。

然后通过偏移量找到段内具体单元。

段基址和偏移量

如果：DS = 2000H
偏移量 = 1234H那么物理地址是：

2000H × 10H + 1234H = 20000H + 1234H = 21234H

所以：DS:1234H → 物理地址 21234H

注意，这里的 2000H 不是直接作为物理地址用，而是要左移 4 位。

IP：指令指针寄存器

IP 是 Instruction Pointer，指令指针。

它的作用是：保存下一条将要执行的指令在当前代码段中的偏移地址。

所以取指令时用的是：CS:IP

CS 给出代码段的段基址。
IP 给出下一条指令在代码段内的偏移量。

IP 会自动变化

程序运行时，CPU 会自动修改 IP。

比如当前执行的指令长度是 3 个字节。

假设执行前：IP = 0100H

CPU 取完这条 3 字节指令后，IP 会自动变成：

IP = 0103H

这样下一次就能取下一条指令。

所以 IP 的变化通常不需要程序员手动完成。

普通程序不能直接访问 IP

课本强调：

一般编制的程序不能直接访问 IP。

也就是说，不能这样写：

MOV AX, IP
MOV IP, AX

这是不允许的。但是程序可以通过控制转移指令间接改变 IP。

比如：

JMP label
CALL subroutine
RET
INT 21H

这些指令会改变程序执行位置，所以会影响 IP。

图 2.7：IP 的功能

图 2.7 表达的是：

CS 指向代码段基址。
IP 指向代码段内某个偏移位置。
CS:IP 合起来找到正在执行或将要执行的指令。

执行完当前指令后，IP 自动指向下一条指令。

所以可以把 IP 想成：CPU 读代码时的书签。

CPU 执行程序就像读书，IP 指向下一句要读的位置。

----FLAGS：标志寄存器----

FLAGS 是 16 位标志寄存器，也叫程序状态字 PSW。

它的作用是：反映 CPU 执行运算后的状态，并控制某些 CPU 行为。

8086/8088 中常用的标志有 9 个。

其中 6 个是状态标志：

CF、PF、AF、ZF、SF、OF

其中 3 个是控制标志：

TF、IF、DF

这页开始讲 CF 和 PF。

状态标志和控制标志有什么区别？

状态标志是 CPU 运算后自动产生的结果状态。

比如：有没有进位？结果是不是 0？ 结果符号是正还是负？ 有没有溢出？

控制标志则是用来控制 CPU 行为的。

比如：

是否允许中断？ 字符串操作方向是递增还是递减？ 是否单步执行？

所以：

状态标志：反映结果 控制标志：控制行为

CF：进位标志 Carry Flag

CF 是 Carry Flag，进位标志。

它主要用于无符号运算。

课本说：当进行算术运算时，如果最高位产生进位或借位，则 CF = 1，否则 CF = 0。

对于字节操作，最高位是第 7 位。 对于字操作，最高位是第 15 位。

加法中的 CF

例如 8 位加法：AL = FFH AL + 01H

FFH 是二进制：1111 1111

加 1 后：1 0000 0000

低 8 位结果是：0000 0000

但是从第 7 位向外产生了进位。

所以：AL = 00H CF = 1

这表示无符号数加法超过了 8 位能表示的范围。

没有进位时 CF = 0

例如：AL = 12H AL + 34H = 46H

没有超过 8 位范围，没有向最高位外进位。

所以：CF = 0

减法中的 CF 表示借位

例如：AL = 00H AL - 01H

0 减 1 不够减，需要借位。

结果低 8 位会变成：FFH

并且：CF = 1

所以在减法中，CF = 1 表示发生借位。

CF 和无符号数有关

这个一定要注意。CF 主要用来看无符号数运算是否超范围。

比如 8 位无符号数范围是：0 ~ 255

如果：255 + 1 = 256

8 位装不下，CF = 1。

但如果你把数看成有符号数，就要更多关注 OF，而不是 CF。

这个后面讲 OF 时会更清楚。

移位指令中 CF 的作用

课本还说，CF 也可以在移位类指令中使用。

例如左移：1000 0001 左移 1 位

最高位的 1 被移出去。

这个被移出去的位会进入 CF。

所以 CF 还可以保存：

左移时从最高位移出的位，或右移时从最低位移出的位。

PF：奇偶标志 Parity Flag

PF 是 Parity Flag，奇偶标志。

课本说：当操作结果低 8 位中 1 的个数为偶数时，PF = 1；否则 PF = 0。

这里有两个关键词：

低 8 位 1 的个数为偶数

PF 只看低 8 位

这点很容易考。不管你做的是 8 位运算还是 16 位运算，PF 都只检查结果的低 8 位。

比如结果是：AX = 1234H

低 8 位是：34H

所以 PF 只看 34H 对应的二进制，不看 12H。

偶数个 1，则 PF = 1

例如结果低 8 位是：0000 0011

里面有两个 1。 2 是偶数，所以：

PF = 1，再比如：

1010 0001 里面有 3 个 1。

3 是奇数，所以：PF = 0

PF 的名字为什么叫“奇偶”？

它检测的是结果中 1 的个数是奇数还是偶数。但要注意：

8086 中是 偶校验逻辑：

偶数个 1 → PF = 1
奇数个 1 → PF = 0

很多人会误以为“奇偶标志”里“奇”对应 1，这是错的。

要记：偶数个 1，PF 置 1。

这几页新增重点其实可以压缩成下面几条。

第一，通用寄存器按常见用途分成三类：

AX、BX、CX、DX：数据寄存器
SP、BP：指针寄存器
SI、DI：变址寄存器

第二，AX、BX、CX、DX 可以拆成高低 8 位：

AH/AL，BH/BL，CH/CL，DH/DL

第三，某些指令会隐含使用固定寄存器：

LOOP 默认使用 CX
移位次数默认用 CL
乘除法常用 AX、DX
PUSH/POP 默认用 SP
串操作源地址用 SI，目的地址用 DI

第四，SP 和 BP 都常用于栈：

SS:SP 指向栈顶
BP 常用于访问栈中数据

第五，SI 和 DI 常用于串操作：

DS:SI → ES:DI

第六，段寄存器指出当前段：

CS：代码段
DS：数据段
ES：附加段
SS：堆栈段

第七，IP 指向下一条指令的偏移地址：

CS:IP

第八，FLAGS 记录状态和控制 CPU 行为，目前讲了：

CF：进位/借位标志
PF：低 8 位中 1 的个数为偶数则置 1

题型 1：哪些寄存器可以拆成 8 位？

答案：AX、BX、CX、DX

对应：AH/AL，BH/BL，CH/CL，DH/DL

SP、BP、SI、DI 不能这样拆。

题型 2：LOOP 指令默认使用哪个寄存器？

答案：CX

执行一次 LOOP，CX 减 1。
如果 CX 不为 0，就跳转。
如果 CX 为 0，就继续向下执行。

题型 3：移位次数大于 1 时，次数放在哪里？

答案：CL

例如：SHL AX, CL SAR AX, CL

题型 4：PUSH、POP 隐含使用哪个寄存器？

答案：SP

并且栈地址由：SS:SP决定。

题型 5：串操作中源地址和目的地址分别由谁给出？

答案：源地址：DS:SI 目的地址：ES:DI

题型 6：下一条指令地址由什么决定？

答案：CS:IP

CS 给代码段基址。
IP 给段内偏移量。

题型 7：CF 什么时候置 1？

答案：加法最高位产生进位时，CF = 1。
减法最高位产生借位时，CF = 1。
移位时，移出的那一位也可能进入 CF。

题型 8：PF 看什么？

答案：PF 只看结果低 8 位中 1 的个数。

偶数个 1 → PF = 1
奇数个 1 → PF = 0