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什么是寄存器?

变宝网06月08日讯

什么是寄存器?寄存器的功能是存储二进制代码,它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码,故存放n位二进制代码的寄存器,需用n个触发器来构成。

一、寄存器类型

1.通用寄存器组

通用寄存器组包括AX、BX、CX、DX4个16位寄存器,用以存放16位数据或地址。也可用作8位寄存器。用作8位寄存器时分别记为AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。只能存放8位数据,不能存放地址。它们分别是AX、BX、CX、DX的高八位和低八位。若AX=1234H,则AH=12H,AL=34H。通用寄存器通用性强,对任何指令,它们具有相同的功能。为了缩短指令代码的长度,在8086中,某些通用寄存器用作专门用途。例如,串指令中必须用CX寄存器作为计数寄存器,存放串的长度,这样在串操作指令中不必给定CX的寄存器号,缩短了串操作指令代码的长度。下面一一介绍:

AX(AH、AL):累加器。有些指令约定以AX(或AL)为源或目的寄存器。输入/输出指令必须通过AX或AL实现,例如:端口地址为43H的内容读入CPU的指令为INAL,43H或INAX,43H。目的操作数只能是AL/AX,而不能是其他的寄存器。

BX(BH、BL):基址寄存器。BX可用作间接寻址的地址寄存器和基地址寄存器,BH、BL可用作8位通用数据寄存器。

CX(CH、CL):计数寄存器。CX在循环和串操作中充当计数器,指令执行后CX内容自动修改,因此称为计数寄存器。

DX(DH、DL):数据寄存器。除用作通用寄存器外,在1/O指令中可用作端口地址寄存器,乘除指令中用作辅助累加器。

2.指针和变址寄存器

BP(BasePointerregilter):基址指针寄存器。

SP(StackPointerRegister):堆栈指针寄存器。

SI(SourceIndexregister):源变址寄存器。

DI(DestinationIndexRegister):目的变址寄存器。

这组寄存器存放的内容是某一段内地址偏移,用来形成操作数地址,主要在堆栈操作和变址运算中使用。BP和SP寄存器称为指针寄存器,与SS联用,为访问现行堆栈段提供方便。通常BP寄存器在间接寻址中使用,操作数在堆栈段中,由SS段寄存器与BP组合形成操作数地址即BP中存放现行堆栈段中一个数据区的“基址”的偏移,所以称BP寄存器为基址指针。

SP寄存器在堆栈操作中使用,PUSH和POP指令是从SP寄存器得到现行堆栈段的段内地址偏移,所以称SP寄存器为堆栈指针,SP始终指向栈顶。

寄存器SI和DI称为变址寄存器,通常与DS一起使用,为访问现行数据段提供段内地址偏移。在串指令中,其中源操作数的偏移存放在SⅠ中,目的操作数的偏移存放在DI中,SI和DI的作用不能互换,否则传送地址相反。在串指令中,SI、DI均为隐含寻址,此时,SI和DS联用,Dl和ES联用。

什么是寄存器?

3.段寄存器

8086/8088CPU可直接寻址1MB的存储器空间,直接寻址需要20位地址码,而所有内部寄存器都是16位的,只能直接寻址6KB,因此采用分段技术来解决。将1MB的存储空间分成若干逻辑段,每段最长64KB,这些逻辑段在整个存储空间中可浮动。

8086/8088CPU内部设置了4个16位段寄存器,它们分别是代码段寄存器CS、数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS、附加段寄存器ES、由它们给出相应逻辑段的首地址,称为“段基址”。段基址与段内偏移地址组合形成20位物理地址,段内偏移地址可以存放在寄存器中,也可以存放在存储器中。

例如:代码段寄存器CS存放当前代码段基地址,IP指令指针寄存器存放了下一条要执行指令的段内偏移地址,其中CS=2000H,IP=001AH。通过组合,形成20位存储单的寻址地址为2001AH。

代码段内存放可执行的指令代码,数据段和附加段内存放操作的数据,通常操作数在现行数据段中,而在串指令中,目的操作数指明必须在现行附加段中。堆栈段开辟为程序执行中所要用的堆栈区,采用先进后出的方式访问它。各个段寄存器指明了一个规定的现行段,各段寄存器不可互换使用。程序较小时,代码段、数据段、堆栈段可放在一个段内,即包含在64KB之内,而当程序或数据较大时,超过了64KB,那么可以定义多个代码段或数据段、堆栈段、附加段。现行段由段寄存器指明段地址,使用中可以修改段寄存器内容,指向其他段。有时为了明确起见,可在指令前加上段超越的前缀,以指定操作数所在段。

4.指令指针寄存器IP

8086/8088CPU中设置了一个16位指令指针寄存器IP,用来存放将要执行的下一条指令在现行代码段中的偏移地址。程序运行中,它由BIU自动修改,使IP始终指向下一条将要执行的指令的地址,因此它是用来控制指令序列的执行流程的,是一个重要的寄存器。8086程序不能直接访问IP,但可以通过某些指令修改IP的内容。例如,当遇到中断指令或调用子程序指令时,8086自动调整IP的内容,将IP中下一条将要执行的指令地址偏移人栈保护,待中断程序执行完毕或子程序返回时,可将保护的内容从堆栈中弹出到IP,使主程序继续运行。在跳转指令时,则将新的跳转目标地址送入IP,改变它的内容,实现了程序的转移。

5.标志寄存器FR

标志寄存器FR也称程序状态字寄存器。

FR是16位寄存器,其中有9位有效位用来存放状态标志和控制标志。状态标志共6位,CF、PF、AF、ZF、SF和OF,用于寄存程序运行的状态信息,这些标志往往用作后续指令判断的依据。控制标志有3位,IF、DF和TF,用于控制CPU的操作,是人为设置的。

二、寄存器原理

在计算机及其他计算系统中,寄存器是一种非常重要的、必不可少的数字电路苛件,它通常由触发器(D触发器)组成,主要作用是用来暂时存放数码或指令。一个触发器司以存放一位二进制代码,若要存放N位二进制数码,则需用N个触发器。

寄存器应具有接收数据、存放数据和输出数据的功能,它由触发器和门电路组成。只有得到“存入脉冲”(又称“存入指令”、“写入指令”)时,寄存器才能接收数据;在得到“读出”指令时,寄存器才将数据输出。

寄存器存放数码的方式有并行和串行两种。并行方式是数码从各对应位输入端同时输入到寄存器中;串行方式是数码从一个输入端逐位输入到寄存器中。

寄存器读出数码的方式也有并行和串行两种。在并行方式中,被读出的数码同时出现在各位的输出端上;在串行方式中,被读出的数码在一个输出端逐位出现。

三、寄存器结构

在数字电路中,用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码,存放门位二进制代码的寄存器需用逐个触发器来构成。

对寄存器中的触发器只要求它们具有置1,置0的功能即可,因而无论是用电平触发的触发器,还是用脉冲触发或边沿触发的触发器,都可以组成寄存器。

由电平触发的动作特点可知,在CLK高电平期间,Q端的状态跟随D端状态的改变而改变;CLK变成低电平以后,Q端将保持CLK变为低电平时刻D端的状态。

74HC175则是用CMOS边沿触发器组成的4位寄存器,根据边沿触发的动作特点可知,触发器输出端的状态仅仅取决于CLK上升沿到达时刻D端的状态。可见,虽然74LS75和74HC175都是4位寄存器,但由于采用了不同结构类型的触发器,所以动作特点是不同的。

为了加使用的灵活性,在有些寄存器电路中还附加了一些控制电路,使寄存器又添了异步置零、输出三态控制和保持等功能。这里所说的保持,是指CLK信号到达时触发器不随D端的输入信号而改变状态,保持原来的状态不变。

上面介绍的两个寄存器电路中,接收数据时所有各位代码都是同时输入的,而且触发器中的数据是并行地出现在输出端的,因此将这种输入、输出方式称为并行输入、并行输出方式。

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