寄存器简介

寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。其实寄存器就是一种常用的时序逻辑电路，但这种时序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的，因为一个锁存器或触发器能存储1位二进制数，所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄存器。寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。在计算机领域，寄存器是CPU内部的元件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。Cortex-M4总共有18个寄存器，相比传统ARM(如ARM7/ARM9/Cortex-A系列)的38个寄存器已减少很多，减少了内核核心面积(Die-size)。寄存器对于编译器非常友好易用，例如：包含灵活的寄存器配置，任意寄存器之间可实现单周期乘法，任意寄存器可以作为数据、结构或数组的指针。此外，Cortex-M4还包含4个特殊功能寄存器PRIMASK、FAUI。TMASK、BASEPRI和CONTROL。

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。为了增加使用的灵活性，在有些寄存器电路中还附加了一些控制电路，使寄存器又增添了异步置零、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。

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I/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( Base Pointer Register)：基址指针寄存器。 SP( Stack Pointer Register)：堆栈指针寄存器。  SI( Source Index Register)：源变址寄存器。DI( Destination Index Register)：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量，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”的偏移量，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量，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量。在串指令中，其中源操作数的偏移量存放在SⅠ中，目的操作数的偏移量存放在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。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位存储单元的寻址地址为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，而当程序或数据量较大时，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IP8086/8088CPU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量入栈保护，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。