「Intel 80×86」- 寄存器（学习笔记）

Register，寄存器，在 CPU 中的存储电路，功能类似于在机器语言中的变量。

16-bit（8086, 8088, … 80286）

通用寄存器（General-Purpose Registers）

general-purpose registers (GPRs)

对于在表中的 08-bit 寄存器（AH, AL, …），以 16-bit AX 为例：
1）0-7 为低 8 位，称为 AL；在汇编语言中，可以“使用 AH 寄存器”
2）8-15 为高 8 位，称为 AH；在汇编语言中，可以“使用 AL 寄存器”

因此，在 16-bit CPU 中，只有这 4 个通用寄存器。

每个寄存器为 16 位，因此存储 16 位二进制数。以前为 8 位，现在名称后缀 X 表示 extend 为 16 位。这 8 个寄存器共计 16 字节。

如上顺序是按照在机器语言中寄存器的编号进行排序的。

AX 用于计算，会使机器语言会更简洁：
1）ADD CX, 0x1234 => 81 C1 34 12
2）ADD AX, 0x1234 => 05 34 12

CX 方便计数而设计，BX 则适合作为计算内存地址的基点。

寻址寄存器（Index registers）

address registers, index registers

在 16-bit CPU 中，寄存器 SP、BP、SI、DI 没有高位与地位之分，该处理器就是这么设计的。如果要取高位或地位，需要 MOV AX, SI 之后，在 AL、AH 来取值。

段寄存器（Segment Registers）

segment registers

程序计数器（Program counter）

program counter

标志寄存器（Status register）

Status register, FLAGS

标志寄存器只有一个，16 bit，下面是各位字段的含义：

32-bit（80386, …）

通用寄存器（General-Purpose Registers）

对于 32-bit 寄存器，前缀 E 表示 Extend 扩展。即使在实模式（Real Mode）下，也可以使用这些寄存器（这就是兼容）。

以 EAX 寄存器为例：
1）在 EAX 中，寄存器为 32 位，低 16 位与 AX 共用，而高 16 位没有名称也没有编号（因此不能使用）。
2）EAX 可以作为两个 16 位寄存器使用，但是只有低 16 位方便使用，需要将高 16 位移动到低 16 位来使用。
3）另外，低 16 位可以拆为两个 8 位的 AH 与 AL 寄存器。

寻址寄存器（Index registers）

段寄存器（Segment Registers）

程序计数器（Program counter）

program counter

在 32-bit Protected Mode 下，处理器使用 32-bit EIP 进行寻址。如果该处理器工作在 16-bit Mode 下，依旧使用 IP 进行寻址。

即使是在 在 32-bit Protected Mode 下，EIP Register 只能由处理器内部使用，程序无法直接访问。只能通过 JMP CALL RET IRET 等等指令隐式修改。

标志寄存器

在 16-bit Processor 中，标志寄存器（FLAGS Register）是 16 位的，在 32-bit Processor 中，扩展到 32 位。

影响标志寄存器的指令：
1）标志寄存器相关：运算指令；
2）标志寄存器无关：传送指令；

CF vs. OF
=> 当我们将计算视为无符号计算时，只需关注 CF 标志位；
=> 当我们将计算视为有符号计算时，只需关注 OF 标志位；

正确的理解：当我们将计算视为无符号计算时，标志位 CF 是怎样的。当我们将计算视为有符号计算时，标志位 OF 是怎样的
错误的理解：对于某个计算，标志位 CF 是怎样的变化的，标志位 OF 是怎样的变化的

理解 “溢出” 含义
“溢出”并不是超出寄存器表示范围，而是从我们定义的某个范围达到我们定义的另个范围。

64-bit（AMD Opteron, …）

通用寄存器（General-Purpose Registers）

general-purpose registers (GPRs)

寻址寄存器（Index registers）

在 64-bit CPU 中，这些寄存器 SP、BP、SI、DI 具有地位，但是只能在 64 bit 模式中使用：
assembly – Can the lower byte of the registers RSI, RDI, RSP and RBP be directly addressed in the 64-bit Intel processors? – Stack Overflow

段寄存器（Segment Registers）

在 32-bit Protected Mode 下，从理论上讲，是不需要采用分段模型来访问内存，但是该处理器依旧需要分段访问内存。但是提供变通方案，即段以 0x00000000 基地址，段为 4GB 大小，即平坦模型（Flat Mode）。

在 32-bit Protected Mode 下，每个 Segment Register 由两部分组成：1）16-bit Segment Selector；2）64-bit Descriptor Cache；：
1）64-bit Descriptor Cache 用于缓存 GDT 表项，每个 GDT 表项是 64 bits 的。

标志寄存器

参考文献

参考《汇编语言（第三版）王爽 著》
Wikipedia/FLAGS register
Intel 8086 – Wikipedia
x86 – Wikipedia
X86 Assembly/X86 Architecture – Wikibooks, open books for an open world