寄存器是 CPU 内部的构造，它主要用于信息的存储。除此之外，CPU 内部还有运算器，负责处理数据；控制器控制其他组件；外部总线连接 CPU 和各种部件，进行数据传输；内部总线负责 CPU 内部各种组件的数据处理。所有的CPU都拥有一定数量的寄存器作为存储单元。寄存器的读写速度非常快——比其他任何类型的存储器访问速度都快。

那为什么会出现寄存器？因为我们知道，程序在内存中装载，由 CPU 来运行，CPU 的主要职责就是用来处理数据。那么这个过程势必涉及到从存储器中读取和写入数据，因为它涉及通过控制总线发送数据请求并进入存储器存储单元，通过同一通道获取数据，这个过程非常的繁琐并且会涉及到大量的内存占用，而且有一些常用的内存页存在，其实是没有必要的，因此出现了寄存器，存储在 CPU 内部。

认识寄存器

认识寄存器之前，我们首先先来看一下 CPU 内部的构造。

CPU 从逻辑上可以分为 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。 几乎所有的冯·诺伊曼型计算机的 CPU，其工作都可以分为5个阶段：「取指令、指令译码、执行指令、访存取数、结果写回」。

• 取指令阶段是将内存中的指令读取到 CPU 中寄存器的过程，程序寄存器用于存储下一条指令所在的地址
• 指令译码阶段，在取指令完成后，立马进入指令译码阶段，在指令译码阶段，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分和解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。
• 执行指令阶段，译码完成后，就需要执行这一条指令了，此阶段的任务是完成指令所规定的各种操作，具体实现指令的功能。
• 访问取数阶段，根据指令的需要，有可能需要从内存中提取数据，此阶段的任务是：根据指令地址码，得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用于运算。
• 结果写回阶段，作为最后一个阶段，结果写回（Write Back，WB）阶段把执行指令阶段的运行结果数据写回到 CPU 的内部寄存器中，以便被后续的指令快速地存取；

我们以 intel 8086 处理器为例，8086 处理器有 14 个寄存器，每个寄存器都有一个特有的名称，即**「AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI，IP，FLAG，CS，DS，SS，ES」。

这 14 个寄存器有可能进行具体的划分，按照功能可以分为三种

• 通用寄存器
• 段寄存器
• 索引寄存器
• 状态和控制寄存器

下面分别介绍一下这几种寄存器

通用寄存器

通用寄存器主要有四种 ，即 「AX、BX、CX、DX」 同样的，这四个寄存器也是 16 位的，能存放两个字节。AX、BX、CX、DX 这四个寄存器一般用来存放数据，也被称为 数据寄存器。它们的结构如下

• AX(Accumulator Register) ：累加寄存器，保存算术和逻辑操作的结果。
• BX(Base Register)：基址寄存器，用来存储基础访问地址
• CX(Count Register)：计数寄存器，CX 寄存器在迭代的操作中会循环计数
• DX(data Register)：数据寄存器，它也用于输入/输出操作。它还与 AX 寄存器以及 DX 一起使用，用于涉及大数值的乘法和除法运算。

这四种寄存器可以分为上半部分和下半部分，用作八个 8 位数据寄存器

• 「AX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 AH 和 AL 寄存器；」
• 「BX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 BH 和 BL 寄存器；」
• 「CX 寄存器可以分为两个独立的 8 位的 CH 和 CL 寄存器；」
• 「DX 寄存器可以分为两个独立的 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为两个独立的 8 位寄存器

如下图所示。

合起来就是

AX 的低位（0 - 7）位构成了 AL 寄存器，高 8 位（8 - 15）位构成了 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。

在认识了寄存器之后，我们通过一个示例来看一下数据的具体存储方式。

比如数据 19 ，它在 16 位存储器中所存储的表示如下

寄存器的存储方式是先存储低位，如果低位满足不了就存储高位，如果低位能够满足，高位用 0 补全，在其他低位能满足的情况下，其余位也用 0 补全。

AX 寄存器

我们上面探讨过，AX 的另外一个名字叫做累加寄存器或者简称为累加器，其可以分为 2 个独立的 8 位寄存器 AH 和 AL；在编写汇编程序中，AX 寄存器可以说是使用频率最高的寄存器。 下面是几段汇编代码 mov ax,20   /* 将 20 送入寄存器 AX*/ mov ah,80   /* 将 80 送入寄存器 AH*/ add ax,10   /* 将寄存器 AX 中的数值加上 8 */

BX 寄存器

BX 被称为数据寄存器，即表明其能够暂存一般数据。同样为了适应以前的 8 位 CPU ，而可以将 BX 当做两个独立的 8 位寄存器使用，即有 BH 和 BL。BX 除了具有暂存数据的功能外，还用于 寻址，即寻找物理内存地址。BX 寄存器中存放的数据一般是用来作为偏移地址 使用的，因为偏移地址当然是在基址地址上的偏移了。偏移地址是在段寄存器中存储的，关于段寄存器的介绍，后面再说。

CX 寄存器

CX 也是数据寄存器，能够暂存一般性数据。同样为了适应以前的 8 位 CPU ，而可以将 CX 当做两个独立的 8 位寄存器使用，即有 CH 和 CL。除此之外，CX 也是有其专门的用途的，CX 中的 C 被翻译为 Counting 也就是计数器的功能。当在汇编指令中使用循环 LOOP 指令时，可以通过 CX 来指定需要循环的次数，每次执行循环 LOOP 时候，CPU 会做两件事

• 一件事是计数器自动减 1

• 还有一件就是判断 CX 中的值，如果 CX 中的值为 0 则会跳出循环，而继续执行循环下面的指令， 当然如果 CX 中的值不为 0 ，则会继续执行循环中所指定的指令 。

DX 寄存器

DX 也是数据寄存器，能够暂存一般性数据。同样为了适应以前的 8 位 CPU ，DX 的用途其实在前面介绍 AX 寄存器时便已经有所介绍了，那就是支持 MUL 和 DIV 指令。同时也支持数值溢出等。

段寄存器

CPU 包含四个段寄存器，用作程序指令，数据或栈的基础位置。

段寄存器主要包含

• CS(Code Segment) ：代码寄存器，程序代码的基础位置
• DS(Data Segment)：数据寄存器，变量的基本位置
• SS(Stack Segment)：栈寄存器，栈的基础位置
• ES(Extra Segment)：其他寄存器，内存中变量的其他基本位置。

索引寄存器

索引寄存器主要包含段地址的偏移量，索引寄存器主要分为

• BP(Base Pointer)：基础指针，它是栈寄存器上的偏移量，用来定位栈上变量
• SP(Stack Pointer): 栈指针，它是栈寄存器上的偏移量，用来定位栈顶
• SI(Source Index): 变址寄存器，用来拷贝源字符串
• DI(Destination Index): 目标变址寄存器，用来复制到目标字符串

状态和控制寄存器

就剩下两种寄存器还没聊了，这两种寄存器是指令指针寄存器和标志寄存器：**

• IP(Instruction Pointer)：指令指针寄存器，它是从 Code Segment 代码寄存器处的偏移来存储执行的下一条指令
• FLAG : Flag 寄存器用于存储当前进程的状态，这些状态有
  • 位置 (Direction)：用于数据块的传输方向，是向上传输还是向下传输
  • 中断标志位 (Interrupt) ：1 - 允许；0 - 禁止
  • 陷入位 (Trap) ：确定每条指令执行完成后，CPU 是否应该停止。1 - 开启，0 - 关闭
  • 进位 (Carry) : 设置最后一个无符号算术运算是否带有进位
  • 溢出 (Overflow) : 设置最后一个有符号运算是否溢出
  • 符号 (Sign) : 如果最后一次算术运算为负，则设置  1 =负，0 =正
  • 零位 (Zero) : 如果最后一次算术运算结果为零，1 = 零
  • 辅助进位 (Aux Carry) ：用于第三位到第四位的进位
  • 奇偶校验 (Parity) : 用于奇偶校验