CPU簡介
目錄
CPU的功能模組
CPU從邏輯上可以劃分成3個模組，分別是控制單元、運算單元和儲存單元，這三部分由CPU內部匯流排連線起來
控制單元：控制單元是整個CPU的指揮控制中心，由指令暫存器IR(Instruction Register)、指令譯碼器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)
運算單元：是運算器的核心。可以執行算術運算(包括加減乘數等基本運算及其附加運算)和邏輯運算(包括移位、邏輯測試或兩個值比較)。
儲存單元：包括CPU片內快取和暫存器組，是CPU中暫時存放資料的地方
簡單的描述下CPU是如何進行計算的。
例如計算2個數的和：
首先，CPU的控制器從記憶體讀取兩條MOV指令，執行指令將記憶體的值賦值到兩個不同的暫存器中。
然後。CPU的控制器從記憶體讀取一條ADD指令，計算兩個暫存器中數的和值。
計算的結果儲存在第三個暫存器中，並將此暫存器的結果返回到記憶體中。
cpu匯流排
- 地址匯流排
CPU是通過地址匯流排來進行記憶體地址定址的。8086cpu有20根地址匯流排,可以訪問 1M (1<<20 )的記憶體空間。
CPU地址匯流排的位數決定了CPU的定址能力。
- 資料匯流排
CPU通過資料匯流排來進行記憶體和其他器件之間的資料傳遞。8086有16根資料匯流排，每次可以讀寫16位資料。
資料匯流排的寬度決定了CPU和外界的資料傳輸速度。
- 控制匯流排
CPU通過控制匯流排發出各種控制命令，用來操作外部裝置。
CPU暫存器
說明：關於CPU暫存器的話，網上很多資料。這邊只是做一個總結。
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AF%84%E5%AD%98%E5%99%A8
要編寫作業系統，首先要熟悉CPU的結構，這樣才能控制CPU完成自己想要的操作。CPU是由很多個暫存器構成的，通過組合語言操作暫存器的資料，從而進行CPU的執行和運算。
CPU暫存器組可以分為通用暫存器組，段暫存器組，指令指標暫存器 和 標誌暫存器。
16位cpu的暫存器組
8086 有14個16位暫存器，這14個暫存器按其用途可分為(1)通用暫存器-包括資料暫存器和指標暫存器、(2)指令指標暫存器、(3)標誌暫存器和(4)段暫存器等4類。
CPU數存器組:
總共4個數據暫存器，2個指標暫存器以及2個變址暫存器，如下：
- 4個數據暫存器(AX、BX、CX和DX)
- 2個指標暫存器(SP和BP)
- 2個變址暫存器(SI和DI)
通用暫存器
| 名稱 | 所屬暫存器組 | 作用 |
|---|---|---|
| AX | 資料暫存器(accumulator) | 累加暫存器 1.作為資料暫存器 2.累加器可用於乘、除、輸入/輸出等操作 |
| BX | 資料暫存器(base) | 基址暫存器。 1.作為資料暫存器 2.可作為基址暫存器來使用，配合段暫存器定址 |
| CX | 資料暫存器(count) | 1. 計數暫存器:在迴圈和字串操作時，要用它來控制迴圈次數 2.位移暫存器:在位操作中，當移多位時，要用CL來指明移位的位數 |
| DX | 資料暫存器(data) | 1.在進行乘、除運算時，它可作為預設的運算元參與運算 2.用於存放I/O的埠地址 |
通用暫存器: AX，BX，CX，DX
大小為16位又可再拆分高低位使用，大小為8位：AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL。
| 暫存器（16位） | AX | BX | CX | DX |
|---|---|---|---|---|
| 高位（8位） | AH | BH | CH | DH |
| 低位（8位） | AL | BL | CL | DL |
1. 累加暫存器 AX -accumulator,累加暫存器。
作用：累加器可用於乘、除、輸入/輸出等操作，它們的使用頻率很高
2. 基址暫存器 BX -base 基址暫存器。儲存器指標
作用：它可作為儲存器指標來使用；
3. 計數暫存器 CX -counter，計數暫存器。串操作，迴圈操作計數暫存器，其中的CL低位為移位操作計數器
作用：在迴圈和字串操作時，要用它來控制迴圈次數；在位操作中，當移多位時，要用CL來指明移位的位數
4. 資料暫存器 DX -data，資料暫存器。乘除運算
作用：在進行乘、除運算時，它可作為預設的運算元參與運算，也可用於存放I/O的埠地址
指標暫存器（16位）
| 名稱 | 所屬暫存器組 | 作用 |
|---|---|---|
| SI | 變址暫存器(source index) | 源變址暫存器 |
| DI | 變址暫存器(destination index) | 目標變址暫存器 |
| --- | --- | --- |
| SP | 棧指標暫存器(stack pointer) | 棧指標暫存器 |
| BP | 基數指標暫存器(base pointer) | 基址指標暫存器 |
指令指標暫存器（16位）
| 名稱 | 所屬暫存器組 | 作用 |
|---|---|---|
| IP | 指令指標暫存器 | 指向當前需要取出的指令位元組。IP指向的是指令地址的段內地址偏移量 |
段暫存器組（16位）
| 名稱 | 所屬暫存器組 | 作用 |
|---|---|---|
| CS | 程式碼段暫存器(code segment) | 用於程式碼段記憶體位置定址 |
| DS | 資料段暫存器(data segment ) | 用於資料段記憶體位置定址 |
| SS | 棧段暫存器(stack segment) | 用於堆疊記憶體位置定址 |
| ES | 附加段暫存器(extra segment) |
5. 標誌暫存器（每個標誌佔一位）FLAGS
| 名稱 | 所屬暫存器組 | 作用 |
|---|---|---|
| FR | 標誌暫存器(Flags Register) | 存放條件標誌、控制標誌暫存器 |
32位cpu的暫存器組
CPU數存器組:
後來出現的32位處理器在16位的基礎上延伸到32位：
總共有4個32位的資料暫存器EAX、EBX、ECX和EDX。而這4個32位暫存器的低位和原先16位的一樣，命名為：AX、BX、CX和DX。
2個指標暫存器，名稱為ESP和EBP，
2個變址暫存器，名稱為ESI和EDI。
1. 通用暫存器組（32位）
| ★名稱 | ★作用 | |||
|---|---|---|---|---|
| 位數 | 32位 | 16位 | 8位（高） | 8位（低） |
| 通用暫存器組 | ||||
| 累加暫存器 | eax | ax | ah | al |
| 基址暫存器 | ebx | bx | bh | bl |
| 計數暫存器 | ecx | cx | ch | cl |
| edx | dx | dh | dl | |
| 指標暫存器組 | ||||
| 源變址暫存器 | esi | si | --- | --- |
| 目標變址暫存器 | edi | di | --- | --- |
| 指標暫存器組 | ||||
| 棧暫存器組 | ||||
| 棧指標暫存器 | esp | sp | --- | --- |
| 基址指標暫存器 | ebp | bp | --- | --- |
| 指令指標暫存器 | ||||
| 指令指標暫存器 | eip | ip | --- | --- |
| 段暫存器組 | ||||
| 程式碼段暫存器 | cs | --- | --- | |
| 資料段暫存器 | ds | --- | --- | |
| 棧段暫存器 | ss | --- | --- | |
| 附加段暫存器 | es | --- | --- | |
| 附加段暫存器 | fs | --- | --- | |
| 附加段暫存器 | gs | --- | --- | |
| 標誌暫存器 | ||||
| 標誌暫存器 | cflags | --- | --- |
64位cpu的暫存器組
CPU數存器組:
1. 通用暫存器組（64位）
| ★名稱 | 所屬暫存器組 | ★作用 |
|---|---|---|
| RAX | 資料暫存器(accumulator) | 累加暫存器，1.作為資料暫存器 2.累加器可用於乘、除、輸入/輸出等操作 |
| RBX | 資料暫存器(base) | 基址暫存器。1.作為資料暫存器 2.可作為基址暫存器來使用，配合段暫存器定址 |
| RCX | 資料暫存器(count) | 1. 計數暫存器:在迴圈和字串操作時，要用它來控制迴圈次數 2.位移暫存器:在位操作中，當移多位時，要用CL來指明移位的位數 |
| RDX | 資料暫存器(data) | 1.在進行乘、除運算時，它可作為預設的運算元參與運算 2.用於存放I/O的埠地址 |
2. 指標暫存器（64位）
| 名稱 | 所屬暫存器組 | 作用 |
|---|---|---|
| RSP | 棧指標暫存器(stack pointer) | 棧指標暫存器 |
| RBP | 基數指標暫存器(base pointer) | 基址指標暫存器 |
| --- | --- | --- |
| RSI | 變址暫存器(source index) | 源變址暫存器 |
| RDI | 變址暫存器(destination index) | 目標變址暫存器 |
3. 指令指標暫存器（64位)
在原先的基礎上增加到32位：指令指標暫存器名稱為：
| 名稱 | 所屬暫存器組 | 作用 |
|---|---|---|
| RIP | 指令指標暫存器 |
還新增了8個64位的暫存器:
R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15