1.3 CPU简介

目录

• CPU的功能模块
• cpu总线
• CPU寄存器
  • 16位cpu的寄存器组
  • 32位cpu的寄存器组
  • 64位cpu的寄存器组

CPU的功能模块

CPU从逻辑上可以划分成3个模块，分别是控制单元、运算单元和存储单元，这三部分由CPU内部总线连接起来

1. 控制单元：控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)

2. 运算单元：是运算器的核心。可以执行算术运算(包括加减乘数等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。

3. 存储单元：包括CPU片内缓存和寄存器组，是CPU中暂时存放数据的地方

简单的描述下CPU是如何进行计算的。

例如计算2个数的和：

首先，CPU的控制器从内存读取两条MOV指令，执行指令将内存的值赋值到两个不同的寄存器中。

然后。CPU的控制器从内存读取一条ADD指令，计算两个寄存器中数的和值。

计算的结果保存在第三个寄存器中，并将此寄存器的结果返回到内存中。

cpu总线

1. 地址总线

CPU是通过地址总线来进行内存地址寻址的。8086cpu有20根地址总线,可以访问 1M (1<<20 )的内存空间。

CPU地址总线的位数决定了CPU的寻址能力。

1. 数据总线

CPU通过数据总线来进行内存和其他器件之间的数据传递。8086有16根数据总线，每次可以读写16位数据。

数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传输速度。

1. 控制总线

CPU通过控制总线发出各种控制命令，用来操作外部设备。

CPU寄存器

说明：关于CPU寄存器的话，网上很多资料。这边只是做一个总结。

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AF%84%E5%AD%98%E5%99%A8

要编写操作系统，首先要熟悉CPU的结构，这样才能控制CPU完成自己想要的操作。CPU是由很多个寄存器构成的，通过汇编语言操作寄存器的数据，从而进行CPU的执行和运算。

CPU寄存器组可以分为通用寄存器组，段寄存器组，指令指针寄存器 和 标志寄存器。

16位cpu的寄存器组

8086 有14个16位寄存器，这14个寄存器按其用途可分为(1)通用寄存器-包括数据寄存器和指针寄存器、(2)指令指针寄存器、(3)标志寄存器和(4)段寄存器等4类。

CPU数存器组:

总共4个数据寄存器，2个指针寄存器以及2个变址寄存器，如下：

• 4个数据寄存器(AX、BX、CX和DX)
• 2个指针寄存器(SP和BP)
• 2个变址寄存器(SI和DI)

通用寄存器

名称	所属寄存器组	作用
AX	数据寄存器(accumulator)	累加寄存器 1.作为数据寄存器 2.累加器可用于乘、除、输入/输出等操作
BX	数据寄存器(base)	基址寄存器。 1.作为数据寄存器 2.可作为基址寄存器来使用，配合段寄存器寻址
CX	数据寄存器(count)	1. 计数寄存器:在循环和字符串操作时，要用它来控制循环次数 2.位移寄存器:在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数
DX	数据寄存器(data)	1.在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算 2.用于存放I/O的端口地址

通用寄存器: AX，BX，CX，DX

大小为16位又可再拆分高低位使用，大小为8位：AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL。

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

1. 累加寄存器 AX -accumulator,累加寄存器。

作用：累加器可用于乘、除、输入/输出等操作，它们的使用频率很高

2. 基址寄存器 BX -base 基址寄存器。存储器指针

作用：它可作为存储器指针来使用；

3. 计数寄存器 CX -counter，计数寄存器。串操作，循环操作计数寄存器，其中的CL低位为移位操作计数器

作用：在循环和字符串操作时，要用它来控制循环次数；在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数

4. 数据寄存器 DX -data，数据寄存器。乘除运算

作用：在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算，也可用于存放I/O的端口地址

指针寄存器（16位）

名称	所属寄存器组	作用
SI	变址寄存器(source index)	源变址寄存器
DI	变址寄存器(destination index)	目标变址寄存器
---	---	---
SP	栈指针寄存器(stack pointer)	栈指针寄存器
BP	基数指针寄存器(base pointer)	基址指针寄存器

指令指针寄存器（16位）

名称	所属寄存器组	作用
IP	指令指针寄存器	指向当前需要取出的指令字节。IP指向的是指令地址的段内地址偏移量

段寄存器组（16位）

名称	所属寄存器组	作用
CS	代码段寄存器(code segment)	用于代码段内存位置寻址
DS	数据段寄存器(data segment )	用于数据段内存位置寻址
SS	栈段寄存器(stack segment)	用于堆栈内存位置寻址
ES	附加段寄存器(extra segment)

5. 标志寄存器（每个标志占一位）FLAGS

名称	所属寄存器组	作用
FR	标志寄存器(Flags Register)	存放条件标志、控制标志寄存器

32位cpu的寄存器组

CPU数存器组:

后来出现的32位处理器在16位的基础上延伸到32位：

总共有4个32位的数据寄存器EAX、EBX、ECX和EDX。而这4个32位寄存器的低位和原先16位的一样，命名为：AX、BX、CX和DX。
2个指针寄存器，名称为ESP和EBP，
2个变址寄存器，名称为ESI和EDI。

1. 通用寄存器组（32位）

★名称	★作用
位数	32位	16位	8位（高）	8位（低）
通用寄存器组
累加寄存器	eax	ax	ah	al
基址寄存器	ebx	bx	bh	bl
计数寄存器	ecx	cx	ch	cl
	edx	dx	dh	dl
指针寄存器组
源变址寄存器	esi	si	---	---
目标变址寄存器	edi	di	---	---
指针寄存器组
栈寄存器组
栈指针寄存器	esp	sp	---	---
基址指针寄存器	ebp	bp	---	---
指令指针寄存器
指令指针寄存器	eip	ip	---	---
段寄存器组
代码段寄存器	cs		---	---
数据段寄存器	ds		---	---
栈段寄存器	ss		---	---
附加段寄存器	es		---	---
附加段寄存器	fs		---	---
附加段寄存器	gs		---	---
标志寄存器
标志寄存器	cflags		---	---

64位cpu的寄存器组

CPU数存器组:

1. 通用寄存器组（64位）

★名称	所属寄存器组	★作用
RAX	数据寄存器(accumulator)	累加寄存器，1.作为数据寄存器 2.累加器可用于乘、除、输入/输出等操作
RBX	数据寄存器(base)	基址寄存器。1.作为数据寄存器 2.可作为基址寄存器来使用，配合段寄存器寻址
RCX	数据寄存器(count)	1. 计数寄存器:在循环和字符串操作时，要用它来控制循环次数 2.位移寄存器:在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数
RDX	数据寄存器(data)	1.在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算 2.用于存放I/O的端口地址

2. 指针寄存器（64位）

名称	所属寄存器组	作用
RSP	栈指针寄存器(stack pointer)	栈指针寄存器
RBP	基数指针寄存器(base pointer)	基址指针寄存器
---	---	---
RSI	变址寄存器(source index)	源变址寄存器
RDI	变址寄存器(destination index)	目标变址寄存器

3. 指令指针寄存器（64位)

在原先的基础上增加到32位：指令指针寄存器名称为：

名称	所属寄存器组	作用
RIP	指令指针寄存器

还新增了8个64位的寄存器:
R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15