翻译：x86寄存器的历史

EAX x86 Register: Meaning and History
[译] 简明 x86 汇编指南（2017）

EAX的故事

到底什么是EAX，名字怎么来的。

通常，x86教程不会花太多时间解释设计和命名决策的历史背景。在学习x86汇编时，你通常会被告知类似这样的话：这是EAX，它是一个寄存器，用它就行。

那么，这些字母到底代表什么？E–A–X。

恐怕没有简单的答案！我们得回到1972年……

8008 ：A

在1972 年，经过一系列奇特的事件后，英特尔推出了世界上第一款8位微处理器——8008。当时，英特尔主要是一家内存芯片供应商。8008是由计算机终端公司（CTC）委托研发，用于他们的新款Datapoint 2200可编程终端。但这款芯片交付延迟，且未达到CTC的期望。因此，英特尔为其添加了一些通用指令，并将芯片推向其他客户。

8008拥有七个8位寄存器：

“A”代表累加器（accumulator），它是算术和逻辑操作的隐式操作数和返回值。

你可能会想——天哪，七个寄存器真是个奇怪的数字——你想得没错！这些寄存器在指令中用三位编码，因此有八种组合。最后一个组合用于一个名为M的伪寄存器，M代表内存（注：这样相当于用3位编码即可找到寄存器和内存）。M指的是由寄存器H和L组合指向的内存位置。H代表内存地址的高位字节，L代表低位字节。这是8008中唯一可以引用内存的方式。

因此，A是一个累加器，H和L也用于内存寻址。而B、C、D、E则是完全通用的、可互换的寄存器。

8086 ：A -> AX

在1979年，英特尔已成为一家微处理器公司，但他们的旗舰处理器iAPX 432遭遇延期。因此，作为权宜之计，他们推出了8086，这是一款从8080衍生而来的16位微处理器，而8080本身又是从8008衍生而来的。

为了利用现有的客户基础，英特尔使8086在软件上向下兼容至8008。一个简单的翻译程序可以将8008汇编代码翻译成8086汇编代码。为了实现这一点，8086的指令集体系结构必须与8008很好地映射，从而继承了许多设计决策。

8086拥有八个16位寄存器和八个8位寄存器，它们之间的重叠关系如下：

8086的指令中有一个位标志，用于指定寄存器的三位编码是指八个8位寄存器中的一个，还是八个16位寄存器中的一个。

从上图可以看出，前四个16位寄存器中的数据也可以通过八个8位寄存器之一来访问。

AX是一个16位累加器，而AH和AL可以被视为独立的8位寄存器，或者作为访问AX的高位字节和低位字节的方式。

AX中的“X”是一个占位符，代表H和L两者。（即对于累加器寄存器，“A”被保留，AL表示低8位（Low），AH表示高8位（High），而AX则表示完整的16位寄存器。）

这在某种程度上类似于后来x86中的“x”，它用来指代8086、80186、80286等。

（注：设计师 Steve Morse 在本文最后给出了X的解释）

由于8008有七个8位寄存器，它们可以很好地映射到8086的八个寄存器，还多出一个寄存器。

M伪寄存器不再需要，因为8086支持多种内存寻址模式。因此，这释放了一个编码，用于额外的寄存器。

在下图中，你可以清楚地看到8008的寄存器是如何映射到8086的寄存器上的：

尽管许多算术和逻辑操作可以在这些寄存器中的任何一个上执行，但此时没有一个寄存器是真正通用的。每个寄存器都有一些特定指令，只对某个寄存器有效，而对其他寄存器无效。其助记符如下：BX是基址寄存器（Base Register），CX是计数寄存器（Count Register），DX是数据寄存器（Data Register），而AX仍是累加器（Accumulator）。

新的SP是堆栈指针（Stack Pointer），BP是基址指针（Base Pointer），SI是源索引（Source Index），DI是目标索引（Destination Index）。但我们在这里不会详细讨论它们。

8086还引入了段寄存器（Segment Registers），但它们完全是另一回事。段式架构本身就值得单独讲述，因为它是保持与8080向后兼容的结果。

x86 ：AX -> EAX

1985年，英特尔推出了80386，这是x86系列中第一款32位处理器。早期的一批处理器在某个32位操作中存在缺陷。这些处理器被标记为“仅限16位软件（16-BIT S/W ONLY）”并照常销售。

80386引入了许多新功能，但它（大部分）仍然与8086保持二进制兼容。

主要寄存器通过添加“E”前缀扩展到32位：

EAX代表扩展的AX（Extended AX）。而AX现在指的是EAX的下半部分，AH和AL继续分别指代AX的两个字节。

这就是EAX名字的由来。

但等等，故事还没完！

x86-64 ：EAX -> RAX

2003年，AMD实际上接管了架构领导权，并推出了x86系列中第一款64位处理器。在传统模式（legacy mode）下，它向下兼容至8086。

八个主要寄存器被扩展到64位。

扩展的寄存器用前缀“R”替换了前缀“E”。因此，累加器现在被称为RAX：

AMD选择“R”是为了简化寄存器命名并保持一致性。他们引入了八个新的寄存器，命名为R8到R15。他们曾考虑将现有八个寄存器的64位扩展版命名为R0到R7，但注意到许多指令的助记符会引用寄存器字母，如A或B。因此，他们保留了原有名称，将前缀“E”替换为“R”。这也与新的R8–R15寄存器保持了一定的一致性。

因此，RAX中的“R”代表寄存器（Register），是统一命名的一种方式，使其与新的R8–R15寄存器更加一致。

新寄存器也有了它们的“窄”版本。以R15为例：

这就是x86累加器的简要历史！从8008的8位A，到8086的16位AX，再到80386的32位EAX，最后到64位的RAX。

更正

本文早先版本提到AX中的“X”代表“eXtended”（扩展）。一些读者指出这并不完全正确，“X”在某种意义上代表“pair”（一对）。我必须承认，与文章其他部分不同，我无法找到权威参考明确说明“X”的含义。于是，我决定联系8086的架构师Stephen Morse博士。

经他许可，我在此附上他的回复：

Vladimir，

你的问题确实在挑战我对40多年前决策的记忆。以下是我最好的回忆，不一定100%准确。

在8086之前，寄存器都用单个字母命名，例如A、B、C、D，每个都是8位寄存器。8086拥有16位寄存器，可以一次引用8位或整个16位。例如，我们可以引用A寄存器的高8位、低8位，或整个16位。前两者的命名被选为AL和AH，其中L/H分别表示低位或高位半部分。现在我们需要一个术语来表示完整的16位。于是选择了字母“X”。“X”只是一个任意字母，结合了L和H——有点像代数中用X表示未知数。对于“X”代表什么（如果有具体含义）并没有太多深思——它只是一个需要的字母，用来标识通用寄存器（AX、BX、CX、DX），以区别于指针和索引寄存器（SP、BP、SI、DI）以及段寄存器（CS、DS、ES、SS）。

——史蒂夫·摩斯

参考文献

《英特尔微处理器：8008到8086》，Stephen Morse著。

其他：X86的特殊寄存器

部分寄存器名称直接源于功能缩写，与技术迭代无关：

• SP（Stack Pointer）：始终指向栈顶，命名源自堆栈操作。
• BP（Base Pointer）：用于栈帧寻址，标识数据基址。
• SI/DI（Source/Destination Index）：在字符串操作中标记源/目标地址，名称直指其角色。
• IP/EIP/RIP（Instruction Pointer）：指向下一条指令地址，随位宽升级增加E/R前缀。

x86寄存器名称的演变遵循两条主线：

1. 技术代际标识：通过X→E→R前缀链，标记处理器位宽升级，形成可追溯的技术谱系。
2. 历史兼容性：旧名称作为新寄存器的子集保留，确保汇编代码跨代运行。

作者：Javen
链接：https://www.zhihu.com/question/351139937/answer/97785905488

CS: Code Segment
SS: Stack Segment
DS, ES, FS, GS: Data Segments (Data, E, F, G，有一说E来自Extra)
SP: Stack Pointer
BP: Base Pointer
SI: Source Index
DI: Destination Index
IP: Intstruction Pointer

链接：https://www.zhihu.com/question/351139937/answer/865616768

更多英文阅读：
The Art of Picking Intel Registers