指令集就像语言（汉语、英语）一样，定义一套语言并不难，难的是你要让别人去接受你定义的语言。如果重新使用一套指令集，与之配套的编译器、操作系统、各种应用软件也都要重新编写，这样的工作量和难度，是无法想象的。

8086 处理器

• 英特尔酷睿（Intel Xeon）

• 英特尔奔腾（Intel Pentium）

算数逻辑单元

Arithmetic Logic Unit, ALU（属于 EU），本身不直接涉及指令，而是根据指令的操作码和操作数执行相应的算术和逻辑运算。

 

 

以简单的计算器 (Calculator) 为例：一个简单的 4 位 CPU 由一个由下面的多路复用器组成的 ALU 组成。

根据复用器内部结构， S0 和 S1 对应不同的运算方式，S2 代表寻址模式，0 代表直接（操作数由紧随操作码之后的地址指出），1 代表立即（操作数紧随操作码之后）。

• Falling edge on clock causes next instruction to be taken from memory and presented to the ALU.

• Rising edge on clock causes output of ALU to be stored by the latch (Accumulator).

将计算器拓展即可成为一个简单的微处理器

寄存器

用于暂存指令和数据，总共为 14 个，分为 6 类：

通用寄存器

• ax (accumulator)：累加寄存器，用于运算

• bx (base)：基址寄存器，用于地址索引

• cx (count)：计数寄存器，用于保存计算值

• dx (data)：数据寄存器，用于数据传递

 

16位	8高位	8低位
AX	AH	AL
BX	BH	BL
CX	CH	CL
DX	DH	DL

指令指针寄存器

IP (Instruction Pointer)：存储当前正在执行的指令的地址，可以看作一个程序计数器

• 当 CPU 执行完一条指令后，它会自动递增 IP，以便指向下一条指令的地址。

段寄存器

Segement Register

• CS（Code）：代码段寄存器

• DS（Data）：数据段寄存器

• SS（Stack）：堆栈段寄存器

• ES（Extra）：附加段寄存器

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CPU 将 CS:IP 指向的内容当作指令执行

设 CS 中的内容为 ，IP 为 ，CPU 从内存（二进制） 单元开始，执行指令。

• 相当于二进制左移 4 位（末尾补四个0） 或 十六进制左移一位（末尾补一个0）

• 读入的指令 B8 23 01 长度为 3 个字节， IP 值加 3。CS: IP 重新指向内存单元 2000:0003
• CS: IP = 2000 : 0003 ➡️ 20000+0000 = 20003

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例 1

 

 

 

 

• mov 指令中的［］说明操作对象是一个内存单元，且这个内存单元的偏移地址是 0

• 它的段地址默认放在 DS 中， 指令执行时，CPU 会自动从 DS 中取出

例 2

 

Suppose the CS contains 12EFh. What is the starting address in main memory of the instruction cmp dl, 'Q' ?

 

CS: IP = 12EFh: 002Eh  ➡️ 12EF0  + 002E = 12F1E

指针寄存器

• bp：基址 (base) 指针寄存器，存储栈底地址

• sp：堆栈 (stack) 指针寄存器，存储栈顶地址

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可以将一段内存当作栈来使用，CPU 将 SS:SP 指向的内容得到栈顶的地址

• push ax 指令执行时，将寄存器中的内容放入当前栈顶单元的上方，成为新的栈顶元素
• 栈的存储区域为：从高地址向低地址存放，高地址在栈底，低地址趋向栈顶。
• 可以视为一个倒放的杯子，从下往上堆东西

• pop ax 指令执行时，从栈顶单元中取出数据，送入寄存器中

• 栈空，SS:SP 指向栈空间最高地址单元的下一个单元。

• 执行 push 后，SS:SP 指向栈中的第一个元素。

 

变址寄存器

si 和 di 是 8086CPU 中和 bx 功能相近的寄存器，但 si 和 di 不能够分成两个 8 位寄存器使用。

• si (source index)：源变址寄存器，存储内存操作中的源地址

• di (destination index)：目的变址寄存器，存储内存操作中的目的地址

标志寄存器

Flag Register: keeps track of the result of certain calculations

• 其他寄存器是用来存放数据的，都是整个寄存器具有一个含义。

• flag 寄存器是按位起作用的，即它的每一位都有专门的含义，记录特定的信息，其中存储的信息通常被称为程序状态字 (PSW)。

• U: Undefined

• OF: Overflow flag

• DF: String direction flag

• IF: Interrupt enable flag

• TF: Single step trap flag

• SF: Sign flag MSB of result

• ZF: Zero flag, set if result=0

• AF: BCD Carry flag

• PF: Parity flag

• CF: Carry flag

 

例

mov ax,2 sub ax,1

 

执行后，结果不为0，则 zf=0

 

After every instruction is executed the CPU modifies a special flag register to record the effect of the instruction.

 

8087 处理器

状态字寄存器

Status Word

用于指示浮点运算的状态和结果，各种标志位用于表示运算是否溢出、出现错误等情况

控制字寄存器

Control Word

用于控制浮点运算的行为，设置舍入模式、精度等