регистры проц

А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th

Программная модель процессора: Регистры процессора

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Регистр — последовательное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных слов
(чисел) и выполнения преобразований над ними.

> Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров,
число которых соответствует числу разрядов в слове.

> С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство,
с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров,
соединённых друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.

Основой построения
регистров являются
D-триггеры, RS-триггеры.

Я всё понял!

!

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Регистр процессора — сверхбыстрая память внутри процессора, предназначенная прежде всего для хранения промежуточных результатов вычисления (регистр общего назначения/регистр данных) или содержащая данные,
необходимые для работы процессора — смещения базовых таблиц, уровни доступа и т. д. (специальные регистры).

Доступ к значениям, хранящимся в регистрах, как правило, в несколько раз быстрее, чем доступ к ячейкам оперативной памяти (даже если кэш-память содержит нужные данные), но объем оперативной памяти намного превосходит суммарный объем регистров

!

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Операции в регистрах:

приём слова в регистр;
передача слова из регистра;
поразрядные логические операции;
сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;
преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;
установка регистра в начальное состояние (сброс).

;В программном сегменте:
mov DX,AX ;Из регистра в регистр
mov AL,memb ;Из памяти в регистр
mov AX,0B800h ;Непосредственное значение в регистр
mov ES,AX ;Из регистра в сегментный регистр
mov word ptr memd+2,ES ;Из сегментного регистра в память
mov word ptr memd, 2000;Непосредственное значение в память
mov BX,word ptr memb ;Слово из памяти в регистр (число 0605)
mov DI,word ptr memd ;Слово из памяти в регистр
mov ES,word ptr memd+2;Слово из памяти в сегментный регистр

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Классификация регистров

накопительные
(регистры памяти, хранения)

сдвигающие

> параллельные - запись и считывание информации происходит одновременно
на все входы и со всех выходов;

последовательные - запись и считывание информации происходит в первый триггер, а та информация, которая была в этом триггере, перезаписывается в следующий то же самое происходит и с остальными триггерами;

>комбинированные

> однонаправленные;

> реверсивные

двоичные;

Троичные;

Десятичные

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

IP — 16-битный (младшая часть EIP)

EIP — 32-битный аналог (младшая часть RIP)

RIP — 64-битный аналог

Сегментные регистры — Регистры указывающие на сегменты: CS,DS,SS,ES,FS,GS

В реальном режиме работы процессора сегментные регистры содержат адрес начала 64Kb сегмента, смещенный вправо на 4 бита.

В защищенном режиме работы процессора сегментные регистры содержат селектор сегмента памяти, выделенного ОС.

CS — указатель на кодовый сегмент. Связка CS:IP (CS:EIP/CS:RIP - в защищенном/64-битном режиме) указывает на адрес в памяти следующей команды.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Счётчик команд

IP (англ. Instruction Pointer) — регистр, содержащий адрес-смещение следующей команды, подлежащей исполнению, относительно кодового сегмента CS в процессорах семейства x86.

Регистр IP связан с CS в виде CS:IP, где CS является текущим кодовым сегментом, а IP — текущим смещением относительно этого сегмента.

Регистр IP является 16-разрядным регистром-указателем. Кроме него, в состав регистров этого типа входят SP (англ. Stack Pointer — указатель стека) и BP (англ. Base Pointer — базовый указатель).

Принцип работы

Например, CS содержит значение 2CB50H, в регистре IP хранится смещение 123H.

Адрес следующей инструкции, подлежащей исполнению, вычисляется путем суммирования адреса в CS (сегменте кода) со смещением в регистре IP:
2CB50H + 123H = 2CC73H

Таким образом, адрес следующей инструкции для исполнения равен 2CC73H.

При выполнении текущей инструкции процессор автоматически изменяет значение в регистре IP, в результате чего регистровая пара CS:IP всегда указывает на следующую подлежащую исполнению инструкцию.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Регистры данных — служат для хранения промежуточных вычислений.

RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8 — R15 — 64-битные

EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D — R15D — 32-битные (extended AX)

AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W — R15W — 16-битные

AH, AL, CH, CL, DH, DL, BH, BL, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B — R15B — 8-битные (половинки 16-ти битных регистров)

например, AH — high AX — старшая половинка 8 бит

AL — low AX — младшая половинка 8 бит

регистр AX — умножение, деление, обмен с устройствами ввода/вывода (команды ввода и вывода);
регистр BX — базовый регистр в вычислениях адреса;
регистр CX — счетчик циклов;
регистр DX — определение адреса ввода/вывода.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Индексные регистры предназначены для хранения индексов при работе с массивами.
SI (Source Index) содержит индекс источника, а DI (Destination Index) — индекс приёмника, хотя их можно
использовать и как регистры общего назначения.

Регистры-указатели используются для работы со стеком. BP (Base Pointer) позволяет работать с переменными в стеке. Его также можно использовать в других целях. SP (Stack Pointer) указывает на вершину стека. Он используется командами, которые работают со стеком.

Сегментные регистры
CS (Code Segment), DS (Data Segment), SS (Stack Segment) и ES (Enhanced Segment) предназначены для обеспечения сегментной адресации. Код находится в сегменте кода, данные — в сегменте данных, стек — в сегменте стека и есть еще дополнительный сегмент данных. Реальный физический адрес получается путём сдвига содержимого сегментного регистра на 4 бита влево и прибавления к нему смещения (относительного адреса внутри сегмента).

ПРИМЕНЯЮТСЯ

в строковых операциях

при работе со стеком

для обращения сегменту
памяти

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Регистр флагов

Значение некоторых флагов в регистре флагов можно изменять напрямую, с помощью специальных инструкций (например, CLD для сброса флага направления),
Но! нет инструкций, которые позволяют обратится (проверить или изменить) к регистру флагов как к обычному регистру.

Однако можно сохранять регистр флагов в стек или регистр (R)(E)AX и восстанавливать регистр флагов из них с помощью инструкций LAHF, SAHF, PUSHF, PUSHFD, POPF и POPFD.

При приостановке задачи (используя многозадачные возможности процессора), процессор автоматически сохраняет значение флага регистров в TSS (task state segment), при активизации новой задачи процессор загружает регистр флагов из TSS новой задачи.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Флаги состояния

Флаги состояния (биты 0, 2, 4, 6, 7 и 11) отражают результат выполнения арифметических инструкций, таких как ADD, SUB, MUL, DIV.

CF — устанавливается при переносе из/заёме в (при вычитании) старший значащий бит результата и показывает наличие переполнения в беззнаковой целочисленной арифметике. Также используется в длинной арифметике. только флаг CF можно изменять напрямую с помощью инструкций STC, CLC и CMC. Также, битовые инструкции (BT, BTS, BTR и BTC) копируют указанный бит во флаг CF.
PF — устанавливается, если младший значащий байт результата содержит чётное число единичных (ненулевых) битов. Изначально этот флаг был ориентирован на использование в коммуникационных программах.
AF — устанавливается при переносе из/заёме из бита 3 результата. Этот флаг ориентирован на использование в двоично-десятичной (binary coded decimal, BCD) арифметике.

ZF — устанавливается, если результат равен нулю.
SF — равен значению старшего значащего бита результата, который является знаковым битом в знаковой арифметике.
OF — устанавливается, если целочисленный результат слишком длинный для размещения в целевом операнде (регистре или ячейке памяти). Этот флаг показывает наличие переполнения в знаковой целочисленной арифметике (в дополнительном коде).

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Флаги состояния

Флаг SF отражает знак знакового результата, флаг ZF отражает и беззнаковый, и знаковый нулевой результат.

позволяют одной и той же арифметической инструкции выдавать результат трёх различных типов:

Беззнаковое

Если результат считать беззнаковым числом, то флаг CF показывает условие переполнения (перенос или заём)

Знаковое

для знакового результата (в дополнительном коде) перенос или заём показывает флаг OF

Двоично-десятично кодированное
(BCD) целое число

для BCD-результата перенос/заём показывает флаг AF

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Условные переходы, обусловленные
Флагами состояния

Элементарно!
Лабы по ЭВУ уже сдал!

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

cmp AX,BX ;Сравнение двух регистров

je equal ;Переход, если AX=BX

cmp SI,mem ;Сравнение регистра и ячейки памяти

jne notequ ;Переход, если SI<>mem

int 21h ;Вызов DOS

jc syserr ;Переход, если была ошибка и флаг CF=1

or BX,BX ;Анализ BX

jz zero ;Переход, если BX=0 по флагу ZF

inpt: in AL,DX ;Ввод данного из устройства

test AL,80h ;Анализ бита 7 в данном

je inpt ;Ввод до тех пор , пока

;бит 7=0 (ожидание установки бита 7)

test AX,7 ;Анализ битов 0,1,2 в AX

jne found ;Переход, если хотя бы 1 бит

;из них установлен

test DI,OFh ;Анализ битов 0...3 в DI

jz reset ;Переход, если все они сброшены

Абстрактный пример использования регистров флагов состояния

В длинной целочисленной арифметике флаг CF используется совместно с инструкциями сложения с переносом (ADC) и вычитания с заёмом (SBB) для распространения переноса или заёма из одного вычисляемого разряда длинного числа в другой.

Инструкции условного перехода Jcc (переход по условию cc — например, JNZ для перехода, если результат не ноль), SETcc (установить значение байта-результата в зависимости от условия cc), LOOPcc (организация цикла) и CMOVcc (условное копирование) используют один или несколько флагов состояния для проверки условия. Например, инструкция перехода JLE (jump if less or equal — переход, если «меньше или равен», ≤) проверяет условие «ZF=1 или SF ≠ OF».

Флаг PF был введён для совместимости с другими микропроцессорными архитектурами и по прямому назначению используется редко.
Более распространено его использование совместно с остальными флагами состояния в арифметике FPU.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Управляющий флаг

Флаг направления (DF, бит 10 в регистре флагов) управляет строковыми инструкциями (MOVS, CMPS, SCAS, LODS и STOS): установка флага заставляет уменьшать адреса (обрабатывать строки от старших адресов к младшим), обнуление заставляет адреса увеличивать. Инструкции STD и CLD соответственно устанавливают и обнуляют флаг DF.

Системные флаги и поле IOPL

Системные флаги и поле IOPL управляют операционной средой и не предназначены для использования в прикладных программах.
IF — обнуление этого флага запрещает отвечать на маскируемые запросы на прерывание.
TF — установка этого флага разрешает пошаговый режим отладки, когда после каждой выполненной инструкции происходит прерывание программы и вызов специального обработчика прерывания (см. также: Int3).
IOPL — показывает уровень приоритета ввода-вывода исполняемой программы или задачи: чтобы программа или задача могла выполнять инструкции ввода-вывода или менять флаг IF, её текущий уровень приоритета (CPL) должен быть ≤ IOPL.

NT — этот флаг устанавливается, когда текущая задача «вложена» в другую, прерванную задачу, и сегмент состояния TSS текущей задачи обеспечивает обратную связь с TSS предыдущей задачи. Флаг NT проверяется инструкцией IRET для определения типа возврата — межзадачного или внутризадачного.
RF — флаг маскирования ошибок отладки.
VM — установка этого флага в защищённом режиме вызывает переключение в режим виртуального 8086.
AC — установка этого флага вместо с битом AM в регистре CR0 включает контроль выравнивания операндов при обращениях к памяти — обращение к невыравненному операнду вызывает исключительную ситуацию.
VIF — виртуальная копия флага IF; используется совместно с флагом VIP.
VIP — устанавливается для указания наличия отложенного прерывания; используется совместно с флагом VIF.
ID — возможность программно изменить этот флаг в регистре флагов указывает на поддержку инструкции CPUID

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Регистры управления

Но об этом в следующей серии…

А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th

http://asmworld.ru/uchebnyj-kurs/004-registry-processora-8086/
http://www.intuit.ru/department/hardware/mpbasics/4/2.html
http://ru.wikipedia.org/wiki/Регистр_процессора
Книга «Ассемблер. Учебник для ВУЗов», авторы Михаил Гук, Виктор Юров
Книга «Архитектура ЭВМ»,автор Мюллер