Программная модель МП.

Это часть МР, которая является программно доступной. Она содержит 32 регистра, которые можно разделить на 2 группы: 1) 16 пользовательских регистров; 2) 16 системных регистров.

Регистр -это часть процессора, предназначенная для сохранения данных. К данным, сохраненным в регистре, процессор получает доступ очень быстро - намного быстрее, чем к данным, хранимым в памяти.

I Пользовательские регистры (рис. 1.2.2)

Пользовательские регистры могут быть использованы при написании программ. К ним относят:

- 8 регистров общего назначения(РОН),

-6 сегментных регистров,

-2 регистра состоянияиуправления.

Регистры общего назначения(РОН) (8 регистров)

Могут хранить исходные данные, результаты выполнения команд, промежуточные величины. Каждый регистр имеет свое назначение.

1. АХ/АН/АL (Accumulator register) – аккумулятор. Применяется для хранения промежуточных данных, используемых в командах ввода/вывода, в командах деления (совместно с DX) для хранения делимого, в командах умножения для хранения результата умножения. Некоторые команды выполняются только с аккумулятором.

2. ВХ/ВН/В(Base register) – базовый регистр (база). Применяется для хранения базового адреса, единственный из РОН который используется для косвенной адресации (базовый адрес хранится в ВХ).

3. СХ/СН/СL (Count register) – счетчик. Применяется в командах, которые производят повторяющиеся действия, в командах цепочных операций, в командах сдвигов.

4. DX/DH/DL (Data register) – регистр данных. Используется в операциях ввода/вывода и командах деления/умножения (совместно с АХ).

5. индексно указательные регистры (ИУР). Эта группа состоит из 2-х подгрупп: указательные регистры(SP, BP); индексно указательные регистры(SI, DI).

5.1 В архитектуре микропроцессора на программно-аппаратном уровне поддерживается такая структура данных, как стек. Для работы со стеком в системе команд микропроцессора есть специальные команды, а в программной модели микропроцессора для этого существуют специальные регистры:

- ESP/SP (Stack Pointer register) – регистр указателя стека. Содержит указатель вершины стека в текущем сегменте стека.

- EBP/BP (Base Pointer register) – регистр указателя базы кадра стека. Предназначен для организации произвольного доступа к данным внутри стека.

5.2 Следующие два регистра (SI, DI) используются для поддержки так называемых цепочечных операций, то есть операций, производящих последовательную обработку цепочек элементов, каждый из которых может иметь длину 32, 16 или 8 бит:

- ESI/SI (Source Index register) – индекс источника. Этот регистр в цепочечных операциях содержит текущий адрес элемента в цепочке-источнике;

- EDI/DI (Destination Index register) – индекс приемника (получателя). Этот регистр в цепочечных операциях содержит текущий адрес в цепочке-приемнике.

Сегментные регистры (6регистров:CS, SS, DS, ES, GS, FS.)

Их существование обусловлено спецификой организации и использования оперативной памяти микропроцессорами Intel. Она заключается в том, что микропроцессор аппаратно поддерживает структурную организацию программы в виде трех частей, называемых сегментами. Такая организация памяти называется сегментной.

Для того чтобы указать на сегменты, к которым программа имеет доступ в конкретный момент времени, предназначены сегментные регистры. Фактически, с небольшой поправкой, в этих регистрах содержатся адреса памяти с которых начинаются соответствующие сегменты. Логика обработки машинной команды построена так, что при выборке команды, доступе к данным программы или к стеку неявно используются адреса во вполне определенных сегментных регистрах. Микропроцессор поддерживает следующие типы сегментов:

1. CS(code segment register) - сегментный регистр кода. Он содержит адрес сегмента с машинными командами, к которому имеет доступ микропроцессор (т.е. эти команды загружаются в конвейер микропроцессора).

2. DS (data segment register) - сегментный регистр данных.Сегмент данныхсодержит обрабатываемые программой данные.

3. SS (stack segment register) - сегментный регистр стека, содержащий адрес сегмента стека. Этот сегмент представляет собой область памяти, называемую стеком.
Работу со стеком микропроцессор организует по следующему принципу: последний записанный в эту область элемент выбирается первым.

4. Дополнительный сегмент данных: ES, GS, FS (extension data segment registers).
Неявно алгоритмы выполнения большинства машинных команд предполагают, что обрабатываемые ими данные расположены в сегменте данных, адрес которого находится в сегментном регистре DS.
Если программе недостаточно одного сегмента данных, то она имеет возможность использовать еще три дополнительных сегмента данных: ES, GS, FS (extension data segment registers). Но в отличие от основного сегмента данных, адрес которого содержится в сегментном регистре DS, при использовании дополнительных сегментов данных их адреса требуется указывать явно с помощью специальных префиксов переопределения сегментов в команде. Адреса дополнительных сегментов данных должны содержаться в регистрах ES, GS, FS (extension data segment registers).

Регистры состоянияиуправления

В микропроцессор включены несколько регистров (см. рис. 1), которые постоянно содержат информацию о состоянии как самого микропроцессора, так и программы, команды которой в данный момент загружены на конвейер. К этим регистрам относятся:

- регистр флагов EFLAGS/FLAGS;

- регистр указателя команды EIP/IP.

1) Используя эти регистры, можно получать информацию о результатах выполнения команд и влиять на состояние самого микропроцессора. Рассмотрим подробнее назначение и содержимое этих регистров:

EFLAGS/FLAGS (flag register) - регистр флагов. Разрядность eflags/flags — 32/16 бит. Отдельные биты данного регистра имеют определенное функциональное назначение и называются флагами. Младшая часть этого регистра полностью аналогична регистру flags для i8086. На рис. 2 показано содержимое регистра eflags.

Исходя из особенностей использования, флаги регистра eflags/flags можно разделить на 3группы:

- 8 флагов состояния. Эти флаги могут изменяться после выполнения машинных команд.
Флаги состояния регистра eflags отражают особенности результата исполнения арифметических или логических операций. Это дает возможность анализировать состояние вычислительного процесса и реагировать на него с помощью команд условных переходов и вызовов подпрограмм. В табл. 1 приведены флаги состояния и указано их назначение;

Таблица 1. Флаги состояния

- 1 флаг управления. Обозначается DF (Directory Flag).
Он находится в 10-м бите регистра eflags и используется цепочечными командами. Значение флага df определяет направление поэлементной обработки в этих операциях: от начала строки к концу (df = 0) либо наоборот, от конца строки к ее началу (df = 1).
Для работы с флагом df существуют специальные команды: cld (снять флаг df) и std (установить флаг df).
Применение этих команд позволяет привести флаг df в соответствие с алгоритмом и обеспечить автоматическое увеличение или уменьшение счетчиков при выполнении операций со строками;

- 5 системных флагов, управляющих вводом/выводом, маскируемыми прерываниями, отладкой, переключением между задачами и виртуальным режимом 8086.
Прикладным программам не рекомендуется модифицировать без необходимости эти флаги, так как в большинстве случаев это приведет к прерыванию работы программы. В табл. 2 перечислены системные флаги, их назначение.

Таблица 2. Системные флаги

2)EIP/IP (Instraction Pointer register) - регистр-указатель команд. Регистр eip/ip имеет разрядность 32/16 бит и содержит смещение следующей подлежащей выполнению команды относительно содержимого сегментного регистра cs в текущем сегменте команд. Этот регистр непосредственно недоступен программисту, но загрузка и изменение его значения производятся различными командами управления, к которым относятся команды условных и безусловных переходов, вызова процедур и возврата из процедур. Возникновение прерываний также приводит к модификации регистра eip/ip.

II Системные регистры микропроцессора