Признаки результата выполнения операции хранятся в каком регистре
Признаки результата операции
В МК семейства MCS-96 используются шесть признаков результата:
1. Нулевой результат (Z). Признак Z принимает единичное значение при получении нулевого результата операции (все биты кода результата имеют нулевое значение).
2. Отрицательный результат (N). Значение признака N совпадает со значением старшего бита кода результата. Если результат является числом со знаком, старший бит кода результата имеет единичное значение при отрицательном результате.
3. Переполнение разрядной сетки (V). Признак V принимает единичное значение, если при выполнении операций сложения и вычитания чисел без знака и со знаком возникает комбинация значений старших битов операндов и результата, соответствующая переполнению разрядной сетки. Комбинация значений старших битов кодов первого операнда (x), второго операнда (y) и результата (z), при которых признак V принимает единичное значение, приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2
| Старший бит | Операция | |||
| Сложение | Вычитание | |||
| x | 0 | 1 | 0 | 1 |
| y | 0 | 1 | 1 | 0 |
| z | 1 | 0 | 1 | 0 |
Признак V, кроме того, принимает единичное значение, если возникает переполнение разрядной сетки при выполнении операции деления и операции сдвига влево. Признак V принимает соответствующее значение при выполнении каждой очередной операции, при которой он формируется.
4. Сохраняемый признак переполнения разрядной сетки (VT). Признак VT принимает единичное значение в тех же случаях, что и признак V, но единичное значение этого признака сохраняется до выполнения команды условного перехода, в которой используется этот признак, или до выполнения команды операции управления, по которой этот признак принимает нулевое значение (CLRVT).
5. Перенос (C). Значение признака C:
— совпадает со значением переноса из старшего разряда при выполнении операции сложения;
— противоположно значению переноса из старшего разряда при выполнении операции вычитания;
— совпадает со значением бита кода, выходящего за пределы разрядной сетки при выполнении операций сдвига кода влево или вправо.
6. Сохраняемый перенос при сдвиге кода вправо (ST). Признак ST имеет единичное значение, если при выполнении операции сдвига кода вправо за пределы разрядной сетки вышла хотя бы одна единица.
Значение признаков результата представляется состоянием разрядов регистра слова состояния программы (Program Status Word, PSW).
Регистр флагов хранит признаки результатов выполнения арифметических и логических операций и управляющие биты
Каждый из регистров имеет уникальную природу и предоставляет определенные возможности, которые другими регистрами или ячейками памяти не поддерживаются.
Регистры общего назначения процессора используются в операциях большинства инструкций в качестве источника или приемника при перемещении данных и вычислениях, указателей на ячейки памяти и счетчиков. Каждый регистр общего назначения может использоваться для хранения значения, в арифметических и логических операциях; между регистром и памятью может выполняться обмен (запись из регистра в память и наоборот).
Регистры особого назначения:
• хранение адресов, операндов, результатов;
• Регистр указателя команд
Время доступа » нсек
Кэш-память— согласует процессор с оперативной памятью.
Cache-level1-128 КБ, на кристалле CPU, работает с тактовой частотой
CPU.Cache-level2-2-6-МБ,работает с частотой общей шины
Кэш— промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в оперативной памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена
Принцип локальности программ:
1. Принцип пространственной локальности велика вероятность, что программа обратится к следующей ячейке за той, к которой обращается сейчас, поэтому целесообразно считывать блок ячеек
2. Принцип временной локальности вероятно, что программа вскоре обратится к тем же данным, поэтому целесообразно хранить данные в Кэш некоторое время
Оперативная ОЗУ: С точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронныемикроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает существенно более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и,соответственно, дороже. Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве кэш-памяти.
Микросхемы статистического типа-триггера (переход из состояния в состояние возможен только при подаче сигнала на опр-й вход.статистич.пам.-4 триггера).
Микросхемы динамического типа – конденсаторы (зарядка конд. до соотв. напряжения=1,разрядка до сост. близкого к нулю=0.Необходима подзарядка,т.к. время хранения заряда ограничено).
Верхняя пам.>640 КБ(для передачи изображения на экран,хранения драйверов, загрузки, тестирования).
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Система операций
Все операции, выполняемые в командах ЭВМ, принято делить на пять классов.
□ Арифметико-логические и специальные — команды, в которых выполняется собственно преобразование информации. К ним относятся арифметические операции сложение, вычитание, умножение и деление (с фиксированной и плавающей занятой), команды десятичной арифметики, логические операции конъюнкции, дизъюнкции, инверсии и др., сдвиги, преобразование чисел из одной системы счисления в другую и такие экзотические, как извлечение корня, решение системы уравнений и др. Конечно, очень редко встречаются ЭВМ, система команд которых включает все эти команды.
□ Пересылки и загрузки — обеспечивают передачу информации между процессором и памятью или между различными уровнями памяти (СОЗУ ОЗУ). Разновидность — загрузка регистров и ячеек константами.
□ Ввода/вывода — обеспечивают передачу информации между процессором и внешними устройствами. По структуре они очень похожи на команды предыдущего класса. В некоторых ЭВМ принципиально отсутствует различие между ячейками памяти и регистрами внешних устройств (единое адресное пространство) и класс команд ввода/вывода не выделяется, все обмены осуществляются в рамках команд пересылки и загрузки.
□ Передачи управления — команды, которые изменяют естественный порядок выполнения команд программы. Эти команды меняют содержимое программного счетчика, обеспечивая переходы по программе. Существуют команды безусловной и условной передачи управления. В последнем случае передача управления происходит, если выполняется заданное в коде команды условие, иначе выполняется следующая по порядку команда.
В качестве условий обычно используются признаки результата предыдущей операции, которые хранятся в специальном регистре признаков (флажков). Чаще всего формируются и проверяются признаки нулевого результата, отрицательного результата, наличия переноса из старшего разряда, четности числа единиц в результате и др. Различают три разновидности команд передачи управления:
• возвраты из подпрограмм.
Команды переходов помещают в программный счетчик содержимое своего адресного поля — адрес перехода. При этом старое значение программного счетчика теряется. В микроЭВМ часто для экономии длины адресного поля команд условных переходов адрес перехода формируется как сумма текущего значения программного счетчика и относительно короткого знакового смещения, размещаемого в команде. В крайнем случае, в командах условных переходов можно и вовсе обойтись без адресной части — при выполнении условия команда «перепрыгивает» через следующую команду, которой обычно является безусловный переход.
Команда вызова подпрограммы работает подобно команде безусловного перехода, но старое значение программного счетчика предварительно сохраняется в специальном регистре или в стеке. Команда возврата передает содержимое верхушки стека или специального регистра в программный счетчик. Команды вызова и возврата работают «в паре». Подпрограмма, вызываемая командой вызова, должна заканчиваться командой возврата, что обеспечивает по окончании работы подпрограммы передачу управления в точку вызова. Хранение адресов возврата в стеке обеспечивает возможность реализации вложенных подпрограмм.
□ Системные— команды, выполняющие управление процессом обработки информации и внутренними ресурсами процессора. К таким командам относятся команды управления подсистемой прерывания, команды установки и изменения параметров защиты памяти, команда останова программы и некоторые другие. В простых процессорах класс системных команд немногочисленный, а в сложных мультипрограммных системах предусматривается большое число системных команд.
Признаки результата выполнения операции хранятся в каком регистре
Самый основной элемент компьютера, это, конечно, процессор. Давайте подробней его рассмотрим. Упрощённая структура процессора (рис. 4):
Рис. 4. Упрощённая структура процессора
Основные элементы процессора:
· Регистры – это специальные ячейки памяти, физически расположенные внутри процессора. В отличие от ОЗУ, где для обращения к данным требуется использовать шину адреса, к регистрам процессор может обращаться напрямую. Это существенно ускорят работу с данными.
· Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции, такие как сложение, вычитание, а также логические операции.
· Блок управления определяет последовательность микрокоманд, выполняемых при обработке машинных кодов (команд).
2.2. Режимы работы процессора.
Процессор архитектуры x86 может работать в одном из пяти режимов и переключаться между ними очень быстро:
1. Реальный (незащищенный) режим (real address mode) — режим, в котором работал процессор 8086. В современных процессорах этот режим поддерживается в основном для совместимости с древним программным обеспечением (DOS-программами).
2. Защищенный режим (protected mode) — режим, который впервые был реализован в 80286 процессоре. Все современные операционные системы (Windows, Linux и пр.) работают в защищенном режиме. Программы реального режима не могут функционировать в защищенном режиме.
3. Режим виртуального процессора 8086 (virtual-8086 mode, V86) — в этот режим можно перейти только из защищенного режима. Служит для обеспечения функционирования программ реального режима, причем дает возможность одновременной работы нескольких таких программ, что в реальном режиме невозможно. Режим V86 предоставляет аппаратные средства для формирования виртуальной машины, эмулирующей процессор8086. Виртуальная машина формируется программными средствами операционной системы. В Windows такая виртуальная машина называется VDM (Virtual DOS Machine — виртуальная машина DOS). VDM перехватывает и обрабатывает системные вызовы от работающих DOS-приложений.
4. Нереальный режим (unreal mode, он же big real mode) — аналогичен реальному режиму, только позволяет получать доступ ко всей физической памяти, что невозможно в реальном режиме.
5. Режим системного управления System Management Mode (SMM) используется в служебных и отладочных целях.
При загрузке компьютера процессор всегда находится в реальном режиме, в этом режиме работали первые операционные системы, например MS-DOS, однако современные операционные системы, такие как Windows и Linux переводят процессор в защищенный режим. Вам, наверное, интересно, что защищает процессор в защищенном режиме? В защищенном режиме процессор защищает выполняемые программы в памяти от взаимного влияния (умышленно или по ошибке) друг на друга, что легко может произойти в реальном режиме. Поэтому защищенный режим и назвали защищенным.
2.3. Регистры процессора (программная модель процессора).
Для понимания работы команд ассемблера необходимо четко представлять, как выполняется адресация данных, какие регистры процессора и как могут использоваться при выполнении инструкций. Рассмотрим базовую программную модель процессоров Intel 80386, в которую входят:
· 8 регистров общего назначения, служащих для хранения данных и указателей;
· регистры сегментов — они хранят 6 селекторов сегментов;
· регистр управления и контроля EFLAGS, который позволяет управлять состоянием выполнения программы и состоянием (на уровне приложения) процессора;
· регистр-указатель EIP выполняемой следующей инструкции процессора;
· система команд (инструкций) процессора;
· режимы адресации данных в командах процессора.
Начнем с описания базовых регистров процессора Intel 80386.
Базовые регистры процессора Intel 80386 являются основой для разработки программ и позволяют решать основные задачи по обработке данных. Все они показаны на рис. 5.
Рис. 5. Базовые регистры процессора Intel 80386
Среди базового набора регистров выделим отдельные группы и рассмотрим их назначение.
2.4. Регистры общего назначения.
2.5. Сегментные регистры.
В отличие от DS, ES, GS, FS, которые называются регистрами сегментов данных, CS и SS отвечают за сегменты двух особенных типов – сегмент кода и сегмент стека. Первый содержит программу, исполняющуюся в данный момент, следовательно, запись нового селектора в этот регистр приводит к тому, что далее будет исполнена не следующая по тексту программы команда, а команда из кода, находящегося в другом сегменте, с тем же смещением. Смещение очередной выполняемой команды всегда хранится в специальном регистре EIP (указатель инструкции, 16-битная форма IP), запись в который так же приведет к тому, что далее будет исполнена какая-нибудь другая команда. На самом деле все команды передачи управления – перехода, условного перехода, цикла, вызова подпрограммы и т.п. – и осуществляют эту самую запись в CS и EIP.
Рис. 6. Регистр флагов FLAGS.
CF – флаг переноса. Устанавливается в 1, если результат предыдущей операции не уместился в приемнике и произошел перенос из старшего бита или если требуется заем (при вычитании), в противном случае – в 0. Например, после сложения слова 0 FFFFh и 1, если регистр, в который надо поместить результат, – слово, в него будет записано 0000 h и флаг CF = 1.
PF – флаг четности. Устанавливается в 1, если младший байт результата предыдущей команды содержит четное число битов, равных 1, и в 0, если нечетное. Это не то же самое, что делимость на два. Число делится на два без остатка, если его самый младший бит равен нулю, и не делится, когда он равен 1.
AF – флаг полупереноса или вспомогательного переноса. Устанавливается в 1, если в результате предыдущей операции произошел перенос (или заем) из третьего бита в четвертый. Этот флаг используется автоматически командами двоично-десятичной коррекции.
ZF – флаг нуля. Устанавливается в 1, если результат предыдущей команды – ноль.
SF – флаг знака. Он всегда равен старшему биту результата.
TF – флаг ловушки. Он был предусмотрен для работы отладчиков, не использующих защищенный режим. Установка его в 1 приводит к тому, что после выполнения каждой программной команды управление временно передается отладчику.
IF – флаг прерываний. Сброс этого флага в 0 приводит к тому, что процессор перестает обрабатывать прерывания от внешних устройств. Обычно его сбрасывают на короткое время для выполнения критических участков кода.
DF – флаг направления. Он контролирует поведение команд обработки строк: когда он установлен в 1, строки обрабатываются в сторону уменьшения адресов, когда DF =0 – наоборот.
OF – флаг переполнения. Он устанавливается в 1, если результат предыдущей арифметической операции над числами со знаком выходит за допустимые для них пределы. Например, если при сложении двух положительных чисел получается число со старшим битом, равным единице, то есть отрицательное, и наоборот.
Флаги IOPL (уровень привилегий ввода-вывода) и NT (вложенная задача) применяются в защищенном режиме.
2.7. Цикл выполнения команды
Программа состоит из машинных команд. Программа загружается в оперативную память компьютера. Затем программа начинает выполняться, то есть процессор выполняет машинные команды в той последовательности, в какой они записаны в программе.
Для того чтобы процессор знал, какую команду нужно выполнять в определённый момент, существует счётчик команд – специальный регистр, в котором хранится адрес команды, которая должна быть выполнена после выполнения текущей команды. То есть при запуске программы в этом регистре хранится адрес первой команды. В процессорах Intel в качестве счётчика команд (его ещё называют указатель команды) используется регистр EIP (или IP в 16-разрядных программах).
Счётчик команд работает со сверхоперативной памятью, которая находится внутри процессора. Эта память носит название очередь команд, куда помещается одна или несколько команд непосредственно перед их выполнением. То есть в счётчике команд хранится адрес команды в очереди команд, а не адрес оперативной памяти.
Цикл выполнения команды – это последовательность действий, которая совершается процессором при выполнении одной машинной команды. При выполнении каждой машинной команды процессор должен выполнить как минимум три действия: выборку, декодирование и выполнение. Если в команде используется операнд, расположенный в оперативной памяти, то процессору придётся выполнить ещё две операции: выборку операнда из памяти и запись результата в память. Ниже описаны эти пять операций.
Суммируем полученные знания и составим цикл выполнения команды:
Это упрощённый цикл выполнения команды. К тому же действия могут отличаться в зависимости от процессора. Однако это даёт общее представление о том, как процессор выполняет одну машинную команду, а значит и программу в целом.
Регистры микропроцессоров, их виды и назначение
Общие сведения.
При составлении программ в первую очередь необходимо
знать, какие из регистров микропроцессора являются программно–доступными регистрами, в которых можно хранить подлежащие обработке данные (операнды), адреса и управляющие сигналы (команды). Совокупность программно–доступных регистров образуют регистровую модель микропроцессора. Адресация регистровой области процессора и быстрый доступ к ней обеспечивают создание эффективно исполняемых программ.
В регистровой модели современных процессоров обычно выделяют следующие группы регистров:
● регистры, используемые при выполнении прикладных программ. К ним относят:
• основные функциональные регистры (регистры общего назначения; указатель команд, или программный счетчик; сегментные регистры; регистр флагов, или слова состояния);
обработки чисел с плавающей точкой (регистры данных, тегов, состояния, управления, регистры–указатели команды и операнда);
обработки пакетов чисел с плавающей точкой (регистры пакетов данных и регистр управления–состояния);
● системные регистры (регистры управления режимом, регистры системных адресов, регистры отладки);
● служебные (модельно–специфические) регистры, которые используются в процессе отладки систем, содержат информацию о процессе выполнения программы (число декодированных команд, полученных запросов прерывания, число загрузок в кэш–память и т. п.), обеспечивают различные режимы работы кэш–памяти при обращении к определенным областям основной памяти
О неоднородности регистров.
Регистровая область памяти микропроцессора (
— регистровый сегмент) представляет собой набор неоднородных по возможности доступа и по выполняемым функциям регистров. Например, в рассмотренном выше 8–разрядном процессоре:
● регистр команд является неадресуемым регистром и предназначен только для приема первого байта (кода команды) из памяти;
● адресуемые регистры В и С могут быть использованы для хранения одного байта данных или 16–разрядного адреса (в паре);
● указатель стека, представляющий собой 16–разрядный регистр, используется для доступа к стеку путем явной и неявной (с помощью специальных команд
● программный счетчик, или указатель команд, выполняет строго определенные функции и не может быть использован для хранения 16–разрядных операндов.
Функциональная неоднородность области
процессора проявляется в специализации регистров. В зависимости от выполняемых функций можно выделить три группы регистров:
● регистры данных, используемые в операциях АЛУ в качестве источника и приемника операндов;
● адресные регистры, или указатели, предназначенные для формирования адресов данных и команд;
● специальные регистры, служащие для индикации текущего состояния процессора и управления режимами его работы.
Функциональная специализация затрудняет программирование (из–за необходимости учета организации регистров), однако позволяет создать быстро исполняемую программу с меньшим требуемым объемом памяти для ее хранения.
Регистры обозначаются латинскими буквами, используемыми для символического кодирования и отражающими назначение регистра.
Среди регистров данных важное место занимает аккумулятор А (
), который выполняет функции временного хранения исходных операндов и результатов операций арифметическо–логических устройств (АЛУ). Интенсивное использование аккумулятора и связанное с ним большинство команд арифметической и логической обработки операндов способствует снижению загруженности шины данных, упрощению адресации, повышению быстродействия процессора. В системах команд микропроцессора выделяются операции с аккумулятором. Поэтому ссылка на аккумулятор при адресации, как правило, производится неявно с помощью кода операции. Неявная адресация позволяет не указывать в командах месторасположение одного из операндов и (или) результата операции, что уменьшает длину их кода. В составе микропроцессора может быть не один, а два аккумулятора (например, в МС6809). К регистрам данных относятся явно адресуемые рабочие регистры
1, …., используемые как сверхскоростные регистровые ОЗУ.
Рабочие регистры могут использоваться в операциях совместно с аккумулятором. Некоторые из них могут совмещать функцию хранения данных с функцией адресации. Для образования полноразмерного адреса регистры данных объединяются в пары.
В процессорах, предназначенных для работы в реальном времени, могут быть предусмотрены не один, а два или даже четыре (например, в некоторых микроконтроллерах) набора рабочих регистров. Один из регистров резервируется для системных целей или обработки прерываний, а остальные — для прикладных задач пользователя. В каждый момент времени доступен только один набор рабочих регистров, выбираемый специальным указателем.
К регистрам данных также относятся рассматриваемые ниже регистры общего назначения, которые совмещают функции хранения данных и адресов.
Среди регистров, на которые возложена функция адресации, следует выделить:
), или указатель инструкций–команд (
), хранящий адрес следующей команды выполняемой программы. Его разрядность обычно соответствует числу линий адресной шины. При выполнении программы с последовательно возрастающими адресами команд содержимое
увеличивается на 1 или 2 для указания следующего байта или слова. Увеличение содержимого счетчика происходит автоматически сразу после начала выполнения команды. Изменение последовательной выборки команд из ячеек памяти осуществляется путем загрузки программного счетчика адресом требуемой ячейки. Такая ситуация возникает, например:
• при выполнении команд условных и безусловных переходов;
• при инициализации микропроцессора путем сброса;
• при обслуживании запросов на прерывание;
используемый для обращений к системному стеку. Стек представляет собой область памяти, предназначенную для хранения адресов возврата и состояний процессора (содержимого регистров) при вызове подпрограмм и обслуживании прерываний. Доступ к стеку организован по принципу «последним пришел — первым ушел» (
т. е. в него можно только последовательно добавлять (вталкивать) или извлекать (выталкивать) элементы данных. Типовой стек, применяемый в большинстве процессоров, заполняется в сторону уменьшения адресов.
всегда показывает на последнюю заполненную ячейку, называемую вершиной стека (
Поэтому при операции записи (
) в стек элемента данных сначала содержимое указателя
уменьшается на 1 или 2 в зависимости от длины элемента (байт, два байта), формируя адрес ячейки, в которую затем помещается элемент. При операции считывания (
) сначала элемент данных извлекается из стека, после чего содержимое указателя
увеличивается на 1 или 2.
Принцип взаимодействия указателя
со стеком проиллюстрирован на примере записи в стек и считывания из него четырех однобайтных элементов (рис. 2.4.1, а). 
При операциях со стеком значение указателя
непрерывно меняется, поэтому применять его в качестве точки отсчета при доступе к хранящимся в стеке данным вызывает определенные трудности. Поэтому в ряде случаев, например, при хранении в стеке локальных переменных или при обмене параметрами между вызываемой и вызывающей процедурой (подпрограммой), используется указатель кадра (
) — специально зарезервированный адресный регистр. Регистр
, указывающий на начало области параметров в стеке (рис. 2.4.1, б), принадлежит к классу базовых регистров. В 16–разрядных процессорах указателем кадра служит индексный регистр ВХ;
регистры, предназначенные для хранения адресов обращения к основной памяти. Такие регистры, называемые указательными или индексными, позволяют сократить размер кода (программы). К ним следует отнести:
• регистры косвенного адреса (
), содержащие непосредственно адрес операнда;
), хранящие начальные (базовые) адреса массивов и записей;
• индексные регистры I или X (
), содержимое которых является относительным (смещенным) адресом операнда;
• регистры автоинкрементной и автодекрементной адресации, автоматически увеличивающие или уменьшающие свое содержимое после выполнения операции;
• регистры расширения адресного пространства (до 1М байт).
К специальным регистрам следует отнести регистр флагов (
), или регистр слова состояния программы (
а также ряд регистров, используемых в сопроцессорах и микроконтроллерах.
На регистр флагов возлагается функция хранения признаков. С каждым признаком связывается одноразрядная переменная (бит), называемая флагом (флажком). Регистр флагов содержит:
● биты признаков состояния процессора. Обычно эти признаки формируются в АЛУ после выполнения операции и характеризуют ее результат;
● биты управления и системных признаков, которые устанавливаются операционной системой (некоторые пользователем) и задают режим процессора при организации ввода–вывода данных, обслуживании прерываний и исключений, решении последовательности вызываемых задач и реализации ряда других процедур.
Упаковка всех флагов в одно слово и хранение в регистре дает возможность их быстрой пересылки в память с последующим восстановлением, например, при обслуживании запросов на прерывание.
Ниже приведены обозначение, название и назначение флагов признаков состояния, а также показан принцип формирования некоторых флагов из отдельных бит
–разрядных операндов вида
, которые могут быть как исходным операндом, так и результатом выполненной операции:
