Регистры выполнения операций.

Общая характеристика

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).

Регистр представляет собой цифровую электронную схему, служащую для временного хранения двоичных чисел. В процессоре имеется значительное количество регистров, большая часть которых используется самим процессором и недоступна программисту. Например, при выборке из памяти очередной команды она помещается в регистр команд. Программист обратиться к этому регистру не может. Имеются так же регистры, которые в принципе программно доступны, но обращение к ним осуществляется из программ операционной системы (например управляющие регистры и теневые регистры дескрипторов сегментов). Этими регистрами пользуются в основном разработчики операционных систем.

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

Регистром называется функциональный узел, осуществляющий приём, хранение и передачу информации. Регистры состоят из группы триггеров, обычно D. По типу приёма и выдачи информации различают 2 типа регистров:

– С последовательным приёмом и выдачей информации — сдвиговые регистры.

– С параллельным приёмом и выдачей информации — параллельные регистры.

Сдвиговые регистры представляют собой последовательно соединённую цепочку триггеров. Основной режим работы — сдвиг разрядов кода от одного триггера к другому на каждый импульс тактового сигнала.

По назначение регистры различаются на:

– аккумулятор — используется для хранения промежуточных результатов арифметических и логических операций и инструкций ввода-вывода;

– флаговые — хранят признаки результатов арифметических и логических операций;

– общего назначения — хранят операнды арифметических и логических выражений, индексы и адреса;

– индексные — хранят индексы исходных и целевых элементов массива;

– указательные — хранят указатели на специальные области памяти (указатель текущей операции, указатель базы, указатель стэка);

– сегментные — хранят адреса и селекторы сегментов памяти;

– управляющие — хранят информацию, управляющую состоянием процессора, а также адреса системных таблиц.

Регистры общего назначения

32-х битные регистры общего назначения eax, ebx, ecx, edx, esi, edi, ebp и esp могут хранить следующие типы данных:

– Операнды для логических и арифметических операций

– Операнды для рассчета адресов

– Указатели на ячейки памяти

Хотя для хранения операндов, результатов операций и указателей Вы можете использовать любой из вышеперечисленных регистров, будте осторожны с регистром esp. В нем хранится указатель вершины стека и некорректное изменение этого значения приведет к неправильной работе программы и ее аварийному завершению.

Многие команды используют конкретные регистры для хранения своих операндов. Например, команды обработки текстовых строк используют содержимое регистров ecx, esi и edi в качестве операндов.

Основные случаи использования регистров общего назначения:

– eax - используется для хранения операндов и результатов операций

– ebx - как указатель на данные в сегменте ds

– ecx - как счетчик для строковых операций и циклов

– edx - указатель для ввода/вывода

– esi - указатель на данные в сегменте ds, а также как указатель на источник в командах работы со строками

– edi - указатель на данные в сегменте es, а также как указатель на приемник в командах работы со строками

– esp - указатель вершины стека в сегменте ss

– ebp - указатель на некоторые данные в стеке

В регистрах, оканчивающихся на x, можно обращаться к младщим 16-и битам (ax, bx, cx и dx соответственно), которые в свою очередь можно разделить на старший байт (ah, bh, ch и dh) и младший (al, bl, cl и dl) и работать с ними, как с регистрами длиной 8 бит. Регистры-указатели esp (указатель вершины стека) и ebp (базовый регистр), а также индексные регистры esi (индекс источника) и edi (индекс приемника) допускают только 32-битное обращение.

Регистры сегментов

Регистры сегментов (cs, ds, ss, es, fs и gs) хранят 16-ти битные дескрипторы сегментов. Дескрипторы сегментов - это специальные указатели, определяющие расположение сегмента в памяти. В защищенном режиме работы процессора (Windows 95/98) все сегментные регисты указывают на один и тот же сегмент, поэтому обычно в программе они не используются.

Регистр флагов

Этот регистр представляет собой набор флагов, устанавливаемых или сбрасываемых по результатам выполняемых команд.

Флаг - это переменная длиной 1 бит, используемая в командах условного перехода. Если значение этой переменной равно 1, то считается, что флаг установлен, если 0 - сброшен. К наиболее часто используемым флагам относятся:.

– Флаг нуля (zf) устанавливается в случае получения нулевого результата при выполнении очередной команды и сбрасывается при остальных ненулевых значениях.

– Флаг переноса (сf) устанавливается при переносе или заеме старшего бита в арифметических операциях, в остальных случаях сбрасывается.

– Флаг переполнения (оf) устанавливается, если результат арифметической операции не умещается в операнде-приемнике.

– Флаг знака (sf) устанавливается при единичном значении старщего бита результата - признаке отрицательного числа.

АРИФМЕТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ