5. Регістр загального призначення. Призначення та використання. Застосування регістрів при різник методах адресації

Регі́стр проце́сора — комірка швидкодіючої внутрішньої пам'яті процесора, яка використовується для тимчасового збереження операндів, з якими безпосередньо проводяться обчислення, а також часто використовуваних даних з метою швидкого доступу до них. Крім того, в регістрах зберігається і додаткова інформація, потрібна процесору для функціонування (зокрема, поточний контекст процесора, адреса наступної команди тощо).

Процесори зазвичай містять від декількох до декількох сот регістрів різного функціонального призначення.

Регістри характеризуються своєю розрядністю, тобто кількістю біт інформації, яка може в них розміщуватись (напр. 8-розрядний регістр, 64-розрядний регістр). Регістри найчастіше реалізуються як масиви статичної пам'яті з довільним доступом (SRAM), хоча також можуть реалізовуватись на базі бістабільних комірок (тригерів), інших схемотехнічних рішень, придатних для реалізації швидких запам'ятовуючих пристроїв.

З точки зору архітектури ЕОМ, під цим терміном розуміють лише набір тих регістрів, які доступні програмісту в рамках документованої програмної моделі процесора. Більш точно такі регістри називають архітектурними. Наприклад, архітектура x86 визначає лише 8 32-розрядних регістрів загального призначення, але процесор фактично містить набагато більше реальних апаратних регістрів. Така надлишковість потрібна для реалізації деяких мікроархітектурних оптимізацій швидкодії процесора (див. докладніше Паралелізм рівня команди).

Класифікація Регістрів

За функціональним призначенням регістри процесора поділяються на такі:

Регістри даних — використовуються для збереження цілочисельних даних (див. нижче регістри плаваючої коми). В деяких архітектурах, відомих як акумуляторні, такий регістр лише один.

Адресні регістри — зберігають адреси (номери комірок) в пам'яті та використовуються в операціях з пам'яттю. Такі регістри іноді називаються індексними або базовими.

Регістри загального призначення — можуть зберігати і дані, і адреси

Регістри плаваючої коми — призначаються для зберігання даних для обчислень з плаваючою комою

Регістри констант — зберігають константи (наприклад в RISC-архітектурах регістр з порядковим номером нуль зазвичай зберігає константу нуля).

Векторні регістри — зберігають векторні дані та забезпечують векторні обчислення (наприклад, в мультимедійних розширеннях архітектури x86).

Регістри спеціального призначення — зберігають внутрішню інформацію, необхідну для функціонування процесора (лічильник команд, вказівник стеку, регістр стану процесора та ін.).

6. Організація оперативної пам’яті даних, робота з пам’яттю даних.

Будь-яку послідовність нулів і одиниць прийнято називати двійковим кодом. У кожному конкретному випадку двійковий код має однозначну інтерпретацію. В одному випадку він може розглядатися як число, а в іншому уявляти собою деяке поняття, наприклад, символ алфавіту.

З метою стандартизації в комп'ютерах використовують стандартний код для обміну інформацією ASCII ("аскі" код). Восьмибітний розширений ASCII забезпечує уявлення 256 символів, включаючи символи для національного алфавіту (2⁸ = 256).

Вихідною одиницею інформації є біт, зберігання якого здійснюється фізичним елементом, що може знаходитися в одному із двох стійких станів. Сукупність декількох таких елементів створює комірку пам'яті. Комірка, що містить вісім біт (вісім розрядів), є базовою і називається байтом.

Умовне зображення байта й порядок нумерації його елементів:
7	6	5	4	3	2	1	0

Кількість біт у комірці пам'яті визначає її довжиною.

Оперативна пам'ять ЕОМ представляє собою сукупність базових комірок, кожна з яких має свій порядковий номер, починаючи з нуля. Кількість базових комірок оперативної пам'яті прийнято робити кратним величині 1024 байта (1 Кбайт).

Якщо базовій комірці зберігаються цілі числа, то у туди можна розмістити число не більше 255 (у шістнадцятковій системі числення - FF). Звичайно, довжина комірки для зберігання даних повинна бути більшою ніж один байт.

Встановлено типові комірки, що складаються з базових:

• слово - містить два байти;

• подвійне слово - містить чотири байти; 

• четвірне слово - містить вісім байт.

В особливих випадках використовують типові комірки, що містять шістнадцять байт.

Правило запису слова в оперативну пам'ять:  Слово займає дві комірки оперативної пам'яті. Молодший байт записується за молодшою адресою, а старший байт за старшою адресою.

Приклад слова у двійковій системі числення:
1010 1111	1100 1001
старший байт	молодший байт

 

Його шістнадцяткове представлення має вигляд:
A F	C 9
старший байт	молодший байт

Символ h у записі AFC9h означає, що це є шістнадцяткове представлення двійкового коду.

Мікропроцесор при звертанні до комірки оперативної памўяті формує її адресу. Адресою типової комірки є адреса молодшого байта.