为什么8086CPU不支持将数据直接送入段寄存器的操作？ 第1页

注：仅限x86-16bit环境讨论

我个人觉得，就是编码太麻烦，opcode不太够用，指令太长。

汇编指令由前缀、opcode、操作对象组成，具体的来说，如下图：

对于一般的MOV来说，操作对象有两个，可能是：寄存器(reg)、立即数(imm)、内存(mem)

16位环境下，寄存器的编码规则如下：

       000 AX AL 001 CX CL 010 DX DL 011 BX BL 100 SP AH 101 BP CH 110 SI DH 111 DI BH     

另外有一个bit专门判断选择的是8bit还是16bit寄存器，编码表上并无段寄存器存在。

为什么当时不把段寄存器也放进去？

原因是放进去的话，指令就不好编码了。

因为MOV操作的寄存器有两个，其中的一个还可能是内存，还可能是寄存器组合，这样的话，2*3bit用于描述寄存器，剩下2个bit用于描述是内存还是别的东西，这样算下来，一个字节勉强够用。

而如果把段寄存器加上，就需要4个bit编码一个寄存器，仅仅描述两个寄存器就需要一个字节，加上其它的修饰，MOV指令长度就需要整体增加一个字节，这对于过去的计算机来说，开销无疑是非常巨大的，过去计算机内存都是以KB计算的，每个MOV指令增加一个字节，在设计者看来是无法接受的。

早期的汇编指令设计原则之一就是尽量少占存储空间，因为当时的存储设备实在是太贵了。

下图中就是具体MOV指令的编码（不含段寄存器）情况：

图中w代表MOV操作数的大小（是8bit还是16bit）。

同时，Intel的指令是慢慢发展起来的，并且保证了指令的二进制兼容，Intel早期为了提高指令的速度，还对一部分常用的指令进行了优化，上图中红框里的三个指令就是针对常用指令进行的优化。优化的目的是缩短指令长度（MOV reg,imm缩短1字节，MOV AX,[mem]缩短1字节）。

如果把段寄存器都加上，MOV指令最短长度就需要3字节，并且1011 w reg这种编码就不够用了（因为加上段寄存器的话reg就需要4bit）。

而且，如果MOV里加了，INC/DEC要不要加？XCHG要不要加？如果都加上，INC/DEC用单字节也不好编码了，XCHG用单字节也不好编码了。

实际中，操作段寄存器的MOV指令，用了另外的opcode编码：

那么为什么这里不把立即数加上呢？

因为这里头，如果加上立即数的话，需要再占用一个opcode的值。而MOV指令本身已经使用了28个opcode的数值了，单字节的opcode一共只有256个，考虑到未来的扩展需要，肯定不能把256个值都用了，所以单字节的opcode能省就省，考虑到修改段寄存器并不是很常见的操作，所以就省了这个opcode

其实到了32位时代，如果彻底放弃兼容性，重新设计汇编编码的话，完全可以把立即数->段寄存器的指令加上，但因为Intel的文化里，兼容性是非常重要的，所以Intel不放弃兼容性，指令只要这样一代代传下来。

Intel当年为了让指令尽可能的段，用了很多单字节指令：

前缀类指令：9个

XCHG：8个

标志位相关：12个

INC/DEC：16个

PUSH/POP相关：27个

IN/OUT：8个

再加上跳转类的用掉的将近40个opcode，各种算数运算用掉的30多个，基本上单字节的编码已经用的差不多了。

所以，为了让指令更紧凑，只能把常用的寄存器的常用功能编码，不常用的只能以后再说。

部分单字节指令的编码构成（reg代表通用寄存器，sreg2代表段寄存器）：