寄存器的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有哪些

認(rèn)識(shí)寄存器

寄存器的官方叫法有很多，Wiki 上面的叫法是 Processing Register， 也可以稱為 CPU Register，計(jì)算機(jī)中經(jīng)常有一個(gè)東西多種叫法的情況，反正你知道都說的是寄存器就可以了。

認(rèn)識(shí)寄存器之前，我們首先先來看一下 CPU 內(nèi)部的構(gòu)造。

CPU 從邏輯上可以分為 3 個(gè)模塊，分別是控制單元、運(yùn)算單元和存儲(chǔ)單元，這三部分由 CPU 內(nèi)部總線連接起來。

幾乎所有的馮·諾伊曼型計(jì)算機(jī)的 CPU，其工作都可以分為5個(gè)階段：「取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令、訪存取數(shù)、結(jié)果寫回」。

• 取指令階段是將內(nèi)存中的指令讀取到 CPU 中寄存器的過程，程序寄存器用于存儲(chǔ)下一條指令所在的地址
• 指令譯碼階段，在取指令完成后，立馬進(jìn)入指令譯碼階段，在指令譯碼階段，指令譯碼器按照預(yù)定的指令格式，對(duì)取回的指令進(jìn)行拆分和解釋，識(shí)別區(qū)分出不同的指令類別以及各種獲取操作數(shù)的方法。
• 執(zhí)行指令階段，譯碼完成后，就需要執(zhí)行這一條指令了，此階段的任務(wù)是完成指令所規(guī)定的各種操作，具體實(shí)現(xiàn)指令的功能。
• 訪問取數(shù)階段，根據(jù)指令的需要，有可能需要從內(nèi)存中提取數(shù)據(jù)，此階段的任務(wù)是：根據(jù)指令地址碼，得到操作數(shù)在主存中的地址，并從主存中讀取該操作數(shù)用于運(yùn)算。
• 結(jié)果寫回階段，作為最后一個(gè)階段，結(jié)果寫回（Write Back，WB）階段把執(zhí)行指令階段的運(yùn)行結(jié)果數(shù)據(jù)寫回到 CPU 的內(nèi)部寄存器中，以便被后續(xù)的指令快速地存取；

計(jì)算機(jī)架構(gòu)中的寄存器

寄存器是一塊速度非常快的計(jì)算機(jī)內(nèi)存，下面是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中具有存儲(chǔ)功能的部件比對(duì)，可以看到，寄存器的速度是最快的，同時(shí)也是造價(jià)最高昂的。

我們以 intel 8086 處理器為例來進(jìn)行探討，8086 處理器是 x86 架構(gòu)的前身。在 8086 后面又衍生出來了 8088 。

在 8086 CPU 中，地址總線達(dá)到 20 根，因此最大尋址能力是 2^20 次冪也就是 1MB 的尋址能力，8088 也是如此。

在 8086 架構(gòu)中，所有的內(nèi)部寄存器、內(nèi)部以及外部總線都是 16 位寬，可以存儲(chǔ)兩個(gè)字節(jié)，因?yàn)槭峭耆?16 位微處理器。8086 處理器有 14 個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器都有一個(gè)特有的名稱，即

「AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI，IP，F(xiàn)LAG，CS，DS，SS，ES」

這 14 個(gè)寄存器有可能進(jìn)行具體的劃分，按照功能可以分為三種

• 通用寄存器
• 控制寄存器
• 段寄存器

下面我們分別介紹一下這幾種寄存器

通用寄存器

通用寄存器主要有四種 ，即 「AX、BX、CX、DX」 同樣的，這四個(gè)寄存器也是 16 位的，能存放兩個(gè)字節(jié)。AX、BX、CX、DX 這四個(gè)寄存器一般用來存放數(shù)據(jù)，也被稱為 數(shù)據(jù)寄存器。它們的結(jié)構(gòu)如下

8086 CPU 的上一代寄存器是 8080 ，它是一類 8 位的 CPU，為了保證兼容性，8086 在 8080 上做了很小的修改，8086 中的通用寄存器 AX、BX、CX、DX 都可以獨(dú)立使用兩個(gè) 8 位寄存器來使用。

在細(xì)節(jié)方面，AX、BX、CX、DX 可以再向下進(jìn)行劃分

• AX(Accumulator Register) ：累加寄存器，它主要用于輸入/輸出和大規(guī)模的指令運(yùn)算。
• BX(Base Register)：基址寄存器，用來存儲(chǔ)基礎(chǔ)訪問地址
• CX(Count Register)：計(jì)數(shù)寄存器，CX 寄存器在迭代的操作中會(huì)循環(huán)計(jì)數(shù)
• DX(data Register)：數(shù)據(jù)寄存器，它也用于輸入/輸出操作。它還與 AX 寄存器以及 DX 一起使用，用于涉及大數(shù)值的乘法和除法運(yùn)算。

這四種寄存器可以分為上半部分和下半部分，用作八個(gè) 8 位數(shù)據(jù)寄存器

• 「AX 寄存器可以分為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位的 AH 和 AL 寄存器；」
• 「BX 寄存器可以分為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位的 BH 和 BL 寄存器；」
• 「CX 寄存器可以分為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位的 CH 和 CL 寄存器；」
• 「DX 寄存器可以分為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位的 DH 和 DL 寄存器；」

除了上面 AX、BX、CX、DX 寄存器以外，其他寄存器均不可以分為兩個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器

如下圖所示。

合起來就是

AX 的低位（0 - 7）位構(gòu)成了 AL 寄存器，高 8 位（8 - 15）位構(gòu)成了 AH 寄存器。AH 和 AL 寄存器是可以使用的 8 位寄存器，其他同理。

在認(rèn)識(shí)了寄存器之后，我們通過一個(gè)示例來看一下數(shù)據(jù)的具體存儲(chǔ)方式。

比如數(shù)據(jù) 19 ，它在 16 位存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的表示如下

寄存器的存儲(chǔ)方式是先存儲(chǔ)低位，如果低位滿足不了就存儲(chǔ)高位，如果低位能夠滿足，高位用 0 補(bǔ)全，在其他低位能滿足的情況下，其余位也用 0 補(bǔ)全。

8086 CPU 可以一次存儲(chǔ)兩種類型的數(shù)據(jù)

• 字節(jié)(byte)：一個(gè)字節(jié)由 8 bit 組成，這是一種恒定不變的存儲(chǔ)方式
• 字(word)：字是由指令集或處理器硬件作為單元處理的固定大小的數(shù)據(jù)，對(duì)于 intel 來說，一個(gè)字長就是兩個(gè)字節(jié)，字是計(jì)算機(jī)一個(gè)非常重要的特征，針對(duì)不同的指令集架構(gòu)來說，計(jì)算機(jī)一次處理的數(shù)據(jù)也是不同的。也就是說，針對(duì)不同指令集的機(jī)器，一次能處理不用的字長，有字、雙字（32位）、四字（64位）等。

AX 寄存器

我們上面探討過，AX 的另外一個(gè)名字叫做累加寄存器或者簡稱為累加器，其可以分為 2 個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器 AH 和 AL；在編寫匯編程序中，AX 寄存器可以說是使用頻率最高的寄存器。

下面是幾段匯編代碼

mov ax,20   /* 將 20 送入寄存器 AX*/
mov ah,80   /* 將 80 送入寄存器 AH*/
add ax,10   /* 將寄存器 AX 中的數(shù)值加上 8 */

?  

這里注意下：上面代碼中出現(xiàn)的是 ax、ah ，而注釋中確是 AX、AH ，其實(shí)含義是一樣的，不區(qū)分大小寫。

?  

AX 相比于其他通用寄存器來說，有一點(diǎn)比較特殊，AX 具有一種特殊功能的使用，那就是使用 DIV 和 MUL 指令式使用。

?  

DIV 是 8086 CPU 中的除法指令。

MUL 是 8086 CPU 中的乘法指令。

?  

BX 寄存器

BX 被稱為數(shù)據(jù)寄存器，即表明其能夠暫存一般數(shù)據(jù)。同樣為了適應(yīng)以前的 8 位 CPU ，而可以將 BX 當(dāng)做兩個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器使用，即有 BH 和 BL。BX 除了具有暫存數(shù)據(jù)的功能外，還用于 尋址，即尋找物理內(nèi)存地址。BX 寄存器中存放的數(shù)據(jù)一般是用來作為偏移地址 使用的，因?yàn)槠频刂樊?dāng)然是在基址地址上的偏移了。偏移地址是在段寄存器中存儲(chǔ)的，關(guān)于段寄存器的介紹，我們后面再說。

CX 寄存器

CX 也是數(shù)據(jù)寄存器，能夠暫存一般性數(shù)據(jù)。同樣為了適應(yīng)以前的 8 位 CPU ，而可以將 CX 當(dāng)做兩個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器使用，即有 CH 和 CL。除此之外，CX 也是有其專門的用途的，CX 中的 C 被翻譯為 Counting 也就是計(jì)數(shù)器的功能。當(dāng)在匯編指令中使用循環(huán) LOOP 指令時(shí)，可以通過 CX 來指定需要循環(huán)的次數(shù)，每次執(zhí)行循環(huán) LOOP 時(shí)候，CPU 會(huì)做兩件事

• 一件事是計(jì)數(shù)器自動(dòng)減 1

• 還有一件就是判斷 CX 中的值，如果 CX 中的值為 0 則會(huì)跳出循環(huán)，而繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)下面的指令，

  當(dāng)然如果 CX 中的值不為 0 ，則會(huì)繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)中所指定的指令 。

DX 寄存器

DX 也是數(shù)據(jù)寄存器，能夠暫存一般性數(shù)據(jù)。同樣為了適應(yīng)以前的 8 位 CPU ，DX 的用途其實(shí)在前面介紹 AX 寄存器時(shí)便已經(jīng)有所介紹了，那就是支持 MUL 和 DIV 指令。同時(shí)也支持?jǐn)?shù)值溢出等。

段寄存器

CPU 包含四個(gè)段寄存器，用作程序指令，數(shù)據(jù)或棧的基礎(chǔ)位置。實(shí)際上，對(duì) IBM PC 上所有內(nèi)存的引用都包含一個(gè)段寄存器作為基本位置。

段寄存器主要包含

• CS(Code Segment) ：代碼寄存器，程序代碼的基礎(chǔ)位置
• DS(Data Segment)：數(shù)據(jù)寄存器，變量的基本位置
• SS(Stack Segment)：棧寄存器，棧的基礎(chǔ)位置
• ES(Extra Segment)：其他寄存器，內(nèi)存中變量的其他基本位置。

索引寄存器

索引寄存器主要包含段地址的偏移量，索引寄存器主要分為

• BP(Base Pointer)：基礎(chǔ)指針，它是棧寄存器上的偏移量，用來定位棧上變量
• SP(Stack Pointer): 棧指針，它是棧寄存器上的偏移量，用來定位棧頂
• SI(Source Index): 變址寄存器，用來拷貝源字符串
• DI(Destination Index): 目標(biāo)變址寄存器，用來復(fù)制到目標(biāo)字符串

狀態(tài)和控制寄存器

就剩下兩種寄存器還沒聊了，這兩種寄存器是指令指針寄存器和標(biāo)志寄存器：

• IP(Instruction Pointer)：指令指針寄存器，它是從 Code Segment 代碼寄存器處的偏移來存儲(chǔ)執(zhí)行的下一條指令
• FLAG : Flag 寄存器用于存儲(chǔ)當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)，這些狀態(tài)有
• 位置 (Direction)：用于數(shù)據(jù)塊的傳輸方向，是向上傳輸還是向下傳輸
• 中斷標(biāo)志位 (Interrupt) ：1 - 允許；0 - 禁止
• 陷入位 (Trap) ：確定每條指令執(zhí)行完成后，CPU 是否應(yīng)該停止。1 - 開啟，0 - 關(guān)閉
• 進(jìn)位 (Carry) : 設(shè)置最后一個(gè)無符號(hào)算術(shù)運(yùn)算是否帶有進(jìn)位
• 溢出 (Overflow) : 設(shè)置最后一個(gè)有符號(hào)運(yùn)算是否溢出
• 符號(hào) (Sign) : 如果最后一次算術(shù)運(yùn)算為負(fù)，則設(shè)置  1 =負(fù)，0 =正
• 零位 (Zero) : 如果最后一次算術(shù)運(yùn)算結(jié)果為零，1 = 零
• 輔助進(jìn)位 (Aux Carry) ：用于第三位到第四位的進(jìn)位
• 奇偶校驗(yàn) (Parity) : 用于奇偶校驗(yàn)

物理地址

我們大家都知道， CPU 訪問內(nèi)存時(shí)，需要知道訪問內(nèi)存的具體地址，內(nèi)存單元是內(nèi)存的基本單位，每一個(gè)內(nèi)存單元在內(nèi)存中都有唯一的地址，這個(gè)地址即是 物理地址。而 CPU 和內(nèi)存之間的交互有三條總線，即數(shù)據(jù)總線、控制總線和地址總線。

CPU 通過地址總線將物理地址送入存儲(chǔ)器，那么 CPU 是如何形成的物理地址呢？這將是我們接下來的討論重點(diǎn)。

現(xiàn)在，我們先來討論一下和 8086 CPU 有關(guān)的結(jié)構(gòu)問題。

cxuan 和你聊了這么久，你應(yīng)該知道 8086 CPU 是 16 位的 CPU 了，那么，什么是 16 位的 CPU 呢？

你可能大致聽過這個(gè)回答，16 位 CPU 指的是 CPU 一次能處理的數(shù)據(jù)是 16 位的，能回答這個(gè)問題代表你的底層還不錯(cuò)，但是不夠全面，其實(shí)，16 位的 CPU 指的是

• CPU 內(nèi)部的運(yùn)算器一次最多能處理 16 位的數(shù)據(jù)

?  

運(yùn)算器其實(shí)就是 ALU，運(yùn)算控制單元，它是 CPU 內(nèi)部的三大核心器件之一，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的運(yùn)算。

?  

• 寄存器的最大寬度為 16 位

?  

這個(gè)寄存器的最大寬度值就是通用寄存器能處理的二進(jìn)制數(shù)的最大位數(shù)

?  

• 寄存器和運(yùn)算器之間的通路為 16 位

?  

這個(gè)指的是寄存器和運(yùn)算器之間的總線，一次能傳輸 16 位的數(shù)據(jù)

?  

好了，現(xiàn)在你應(yīng)該知道為什么叫做 16 位 CPU 了吧。

在你知道上面這個(gè)問題的答案之后，我們下面就來聊一聊如何計(jì)算物理地址。

8086 CPU 有 20 位地址總線，每一條總線都可以傳輸一位的地址，所以 8086 CPU 可以傳送 20 位地址，也就是說，8086 CPU 可以達(dá)到 2^20 次冪的尋址能力，也就是 1MB。8086 CPU 又是 16 位的結(jié)構(gòu)，從 8086 CPU 的結(jié)構(gòu)看，它只能傳輸 16 位的地址，也就是 2^16 次冪也就是 64 KB，那么它如何達(dá)到 1MB 的尋址能力呢？

原來，8086 CPU 的內(nèi)部采用兩個(gè) 16 位地址合成的方式來傳輸一個(gè) 20 位的物理地址，如下圖所示

敘述一下上圖描述的過程

CPU 相關(guān)組件提供兩個(gè)地址：段地址和偏移地址，這兩個(gè)地址都是 16 位的，他們經(jīng)由地址加法器變?yōu)?20 位的物理地址，這個(gè)地址即是輸入輸出控制電路傳遞給內(nèi)存的物理地址，由此完成物理地址的轉(zhuǎn)換。

地址加法器采用 「物理地址 = 段地址 * 16 + 偏移地址」 的方法用段地址和偏移地址合成物理地址。

下面是地址加法器的工作流程

其實(shí)段地址 * 16 ，就是左移 4 位。在上面的敘述中，物理地址 = 段地址 * 16 + 偏移地址，其實(shí)就是「基礎(chǔ)地址 + 偏移地址 = 物理地址」 尋址模式的一種具體實(shí)現(xiàn)方案?；A(chǔ)地址其實(shí)就等于段地址 * 16。

你可能不太清楚 段 的概念，下面我們就來探討一下。

什么是段

段這個(gè)概念經(jīng)常出現(xiàn)在操作系統(tǒng)中，比如在內(nèi)存管理中，操作系統(tǒng)會(huì)把不同的數(shù)據(jù)分成 段來存儲(chǔ)，比如 「代碼段、數(shù)據(jù)段、bss 段、rodata 段」 等。

但是這些的劃分并不是內(nèi)存干的，cxuan 告訴你是誰干的，這其實(shí)是幕后 Boss CPU 搞的，內(nèi)存當(dāng)作了聲討的對(duì)象。

其實(shí)，內(nèi)存沒有進(jìn)行分段，分段完全是由 CPU 搞的，上面聊過的通過基礎(chǔ)地址 + 偏移地址 = 物理地址的方式給出內(nèi)存單元的物理地址，使得我們可以分段管理 CPU。

如圖所示

這是兩個(gè) 16 KB 的程序分別被裝載進(jìn)內(nèi)存的示意圖，可以看到，這兩個(gè)程序的段地址的大小都是 16380。

?  

這里需要注意一點(diǎn)， 8086 CPU 段地址的計(jì)算方式是段地址 * 16，所以，16 位的尋址能力是 2^16 次方，所以一個(gè)段的長度是 64 KB。

?  

段寄存器

cxuan 在上面只是簡單為你介紹了一下段寄存器的概念，介紹的有些淺，而且介紹段寄存器不介紹段也有「不知廬山真面目」的感覺，現(xiàn)在為你詳細(xì)的介紹一下，相信看完上面的段的概念之后，段寄存器也是手到擒來。

我們?cè)诤铣晌锢淼刂返哪菑垐D提到了 相關(guān)部件 的概念，這個(gè)相關(guān)部件其實(shí)就是段寄存器，即 「CS、DS、SS、ES」 。8086 的 CPU 在訪問內(nèi)存時(shí)，由這四個(gè)寄存器提供內(nèi)存單元的段地址。

CS 寄存器

要聊 CS 寄存器，那么 IP 寄存器是你繞不過去的曾經(jīng)。CS 和 IP 都是 8086 CPU 非常重要的寄存器，它們指出了 CPU 當(dāng)前需要讀取指令的地址。

?  

CS 的全稱是 Code Segment，即代碼寄存器；而 IP 的全稱是 Instruction Pointer ，即指令指針?，F(xiàn)在知道這兩個(gè)為什么一起出現(xiàn)了吧！

?  

在 8086 CPU 中，由 CS:IP 指向的內(nèi)容當(dāng)作指令執(zhí)行。如下圖所示

說明一下上圖

在 CPU 內(nèi)部，由 CS、IP 提供段地址，由加法器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換為物理地址，輸入輸出控制電路負(fù)責(zé)輸入/輸出數(shù)據(jù)，指令緩沖器負(fù)責(zé)緩沖指令，指令執(zhí)行器負(fù)責(zé)執(zhí)行指令。在內(nèi)存中有一段連續(xù)存儲(chǔ)的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)部存儲(chǔ)的是機(jī)器碼、外面是地址和匯編指令。

上面這幅圖的段地址和偏移地址分別是 2000 和 0000，當(dāng)這兩個(gè)地址進(jìn)入地址加法器后，會(huì)由地址加法器負(fù)責(zé)將這兩個(gè)地址轉(zhuǎn)換為物理地址

然后地址加法器負(fù)責(zé)將指令輸送到輸入輸出控制電路中

輸入輸出控制電路將 20 位的地址總線送到內(nèi)存中。

然后取出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，也就是 「B8、23、01」，圖中的 B8、BB 都是操作數(shù)。

控制輸入/輸出電路會(huì)將 B8 23 01 送入指令緩存器中。

此時(shí)這個(gè)指令就已經(jīng)具備執(zhí)行條件，此時(shí) IP 也就是指令指針會(huì)自動(dòng)增加。我們上面說到 IP 其實(shí)就是從 Code Segment 也就是 CS 處偏移的地址，也就是偏移地址。它會(huì)知道下一個(gè)需要讀取指令的地址，如下圖所示

在這之后，指令執(zhí)行執(zhí)行取出的 B8 23 01 這條指令。

然后下面再把 2000 和 0003 送到地址加法器中再進(jìn)行后續(xù)指令的讀取。后面的指令讀取過程和我們上面探討的如出一轍，這里 cxuan 就不再贅述啦。

通過對(duì)上面的描述，我們能總結(jié)一下 8086 CPU 的工作過程

• 段寄存器提供段地址和偏移地址給地址加法器
• 由地址加法器計(jì)算出物理地址通過輸入輸出控制電路將物理地址送到內(nèi)存中
• 提取物理地址對(duì)應(yīng)的指令，經(jīng)由控制電路取回并送到指令緩存器中
• IP 繼續(xù)指向下一條指令的地址，同時(shí)指令執(zhí)行器執(zhí)行指令緩沖器中的指令

什么是 Code Segment

Code Segment 即代碼段，它就是我們上面聊到就是 CS 寄存器中存儲(chǔ)的基礎(chǔ)地址，也就是段地址，段地址其本質(zhì)上就是一組內(nèi)存單元的地址，例如上面的 「mov ax,0123H 、mov bx, 0003H」。我們可以將長度為 N 的一組代碼，存放在一組連續(xù)地址、其實(shí)地址為 16 的倍數(shù)的內(nèi)存單元中，我們可以認(rèn)為，這段內(nèi)存就是用來存放代碼的。

DS 寄存器

CPU 在讀寫一個(gè)內(nèi)存單元的時(shí)候，需要知道這個(gè)內(nèi)存單元的地址。在 8086 CPU 中，有一個(gè) DS 寄存器，通常用來存放訪問數(shù)據(jù)的段地址。如果你想要讀取一個(gè) 10000H 的數(shù)據(jù)，你可能會(huì)需要下面這段代碼

mov bx,10000H
mov ds,bx
mov a1,[0]

上面這三條指令就把 10000H 讀取到了 a1 中。

在上面匯編代碼中，mov 指令有兩種傳送方式

• 一種是把數(shù)據(jù)直接送入寄存器
• 一種是將一個(gè)寄存器的內(nèi)容送入另一個(gè)寄存器

但是不僅僅如此，mov 指令還具有下面這幾種表達(dá)方式

棧

棧我相信大部分小伙伴已經(jīng)非常熟悉了，棧是一種具有特殊的訪問方式的存儲(chǔ)空間。它的特殊性就在于，先進(jìn)入棧的元素，最后才出去，也就是我們常說的 先入后出。

它就像一個(gè)大的收納箱，你可以往里面放相同類型的東西，比如書，最先放進(jìn)收納箱的書在最下面，最后放進(jìn)收納箱的書在最上面，如果你想拿書的話， 必須從最上面開始取，否則是無法取出最下面的書籍的。

棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是這樣，你把書籍壓入收納箱的操作叫做壓入（push），你把書籍從收納箱取出的操作叫做彈出（pop），它的模型圖大概是這樣

入棧相當(dāng)于是增加操作，出棧相當(dāng)于是刪除操作，只不過叫法不一樣。棧和內(nèi)存不同，它不需要指定元素的地址。它的大概使用如下

// 壓入數(shù)據(jù)
Push(123);
Push(456);
Push(789);

// 彈出數(shù)據(jù)
j = Pop();
k = Pop();
l = Pop();

在棧中，LIFO 方式表示棧的數(shù)組中所保存的最后面的數(shù)據(jù)（Last In）會(huì)被最先讀取出來（First Out）。

 

棧和 SS 寄存器

下面我們就通過一段匯編代碼來描述一下棧的壓入彈出的過程

8086 CPU 提供入棧和出棧指令，最基本的兩個(gè)是 PUSH(入棧) 和 POP(出棧)。比如 push ax 會(huì)把 ax 寄存器中的數(shù)據(jù)壓入棧中，pop ax 表示從棧頂取出數(shù)據(jù)送入 ax 寄存器中。

?  

這里注意一點(diǎn)：8086 CPU 中的入棧和出棧都是以字為單位進(jìn)行的。

?  

我這里首先有一個(gè)初始的棧，沒有任何指令和數(shù)據(jù)。

然后我們向棧中 push 數(shù)據(jù)后，棧中數(shù)據(jù)如下

涉及的指令有

mov ax,2345H
push ax

?  

注意，數(shù)據(jù)會(huì)用兩個(gè)單元存放，高地址單元存放高 8 位地址，低地址單元存放低 8 位。

?  

再向棧中 push 數(shù)據(jù)

其中涉及的指令有

mov bx,0132H
push bx

現(xiàn)在棧中有兩條數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們執(zhí)行出棧操作

其中涉及的指令有

pop ax
/* ax = 0132H */

再繼續(xù)取出數(shù)據(jù)

涉及的指令有

pop bx
/* bx = */

完整的 push 和 pop 過程如下

現(xiàn)在 cxuan 問你一個(gè)問題，我們上面描述的是 10000H ~ 1000FH 這段空間來作為 push 和 pop 指令的存取單元。但是，你怎么知道這個(gè)棧單元就是 10000H ~ 1000FH 呢？也就是說，你如何選擇指定的棧單元進(jìn)行存??？

事實(shí)上，8086 CPU 有一組關(guān)于棧的寄存器 SS 和 SP。SS 是段寄存器，它存儲(chǔ)的是棧的基礎(chǔ)位置，也就是棧頂?shù)奈恢?，?SP 是棧指針，它存儲(chǔ)的是偏移地址。在任意時(shí)刻，SS:SP 都指向棧頂元素。push 和 pop 指令執(zhí)行時(shí)，CPU 從 SS 和 SP 中得到棧頂?shù)牡刂贰?/p>

現(xiàn)在，我們可以完整的描述一下 push 和 pop 過程了，下面 cxuan 就給你推導(dǎo)一下這個(gè)過程。

上面這個(gè)過程主要涉及到的關(guān)鍵變化如下。

當(dāng)使用 「PUSH」 指令向棧中壓入 1 個(gè)字節(jié)單元時(shí)，SP = SP - 1；即棧頂元素會(huì)發(fā)生變化；

而當(dāng)使用 「PUSH」 指令向棧中壓入 2 個(gè)字節(jié)的字單元時(shí)，SP = SP – 2 ；即棧頂元素也要發(fā)生變化；

當(dāng)使用 「POP」 指令從棧中彈出 1 個(gè)字節(jié)單元時(shí)， SP = SP + 1；即棧頂元素會(huì)發(fā)生變化；

當(dāng)使用 「POP」 指令從棧中彈出 2 個(gè)字節(jié)單元的字單元時(shí)， SP = SP + 2 ；即棧頂元素會(huì)發(fā)生變化；

棧頂越界問題

現(xiàn)在我們知道，8086 CPU 可以使用 SS 和 SP 指示棧頂?shù)牡刂罚⑶姨峁?PUSH 和 POP 指令實(shí)現(xiàn)入棧和出棧，所以，你現(xiàn)在知道了如何能夠找到棧頂位置，但是你如何能保證棧頂?shù)奈恢貌粫?huì)越界呢？棧頂越界會(huì)產(chǎn)生什么影響呢？

比如如下是一個(gè)棧頂越界的示意圖

第一開始，SS：SP 寄存器指向了棧頂，然后向?？臻g push 一定數(shù)量的元素后，SS:SP 位于棧空間頂部，此時(shí)再向?？臻g內(nèi)部 push 元素，就會(huì)出現(xiàn)棧頂越界問題。

棧頂越界是危險(xiǎn)的，因?yàn)槲覀兗热粚⒁粔K區(qū)域空間安排為棧，那么在棧空間外部也可能存放了其他指令和數(shù)據(jù)，這些指令和數(shù)據(jù)有可能是其他程序的，所以如此操作會(huì)讓計(jì)算機(jī)懵逼。