13. Регістри загального призначення
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
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.).
14. Сегментні регістри.
Сегментные регистры используются при формировании линейных адресов памяти. Вторым компонентом для формирования линейного адреса является смещение, называемое также эффективным адресом (применительно к архитектуре IA-32 эти называния равноправны, хотя первое применяется намного чаще). Способ вычисления линейного адреса зависит от режима работы процессора и подробно описан в разделе Формирование линейного адреса.
В микропроцессоре 8086 было четыре 16-разрядных сегментных регистра:
CS — сегментный регистр кода;
DS — сегментный регистр данных;
ES — сегментный регистр дополнительных данных;
SS — сегментный регистр стека.
Начиная с микропроцессора 80386, сегментных регистров стало шесть, но их разрядность не изменилась. «Новичками» стали два сегментных регистра дополнительных данных — FS и GS.
Общие правила использования сегментных регистров процессором таковы:
для выборки кода команды всегда используется сегментный регистр CS;
при обращении к стеку (смещение формируется с использованием регистров SP/ESP/RSP или BP/EBP/RBP) всегда используется сегментный регистр SS;
в строковых операциях при обращении к операнду-приёмнику (смещение в регистре DI/EDI/RDI) применяется сегментный регистр ES;
во всех остальных случаях, если не используется префикс замены сегмента, доступ к памяти осуществляется с использованием сегментного регистра DS. При наличии префикса замены сегмента вместо DS используется указанный префиксом сегментный регистр.
В реальном режиме содержимое каждого сегментного регистра представляет собой номер параграфа — 16-байтового участка памяти, выровненного на границу 16 байт.
В защищённом режиме каждый сегментный регистр делится на три части, как показано на рисунке:
Бит TI в этом случае указывает, какая таблица дескрипторов должна использоваться: нуль соответствует таблице глобальных дескрипторов (GDT), единица — таблице локальных дескрипторов (LDT). Поле Index является номером (индексом) дескриптора в таблице дескрипторов; этот дескриптор используется при вычислении линейного адреса. Наконец, поле RPL является запрошенным уровнем привилегий, используемым для контроля прав доступа программы к сегменту (подробнее об этом говорится в разделе Защита на уровне сегментов). Частным случаем RPL является текущий уровень привилегий — CPL, чьё значение в любой момент времени находится в сегментном регистре CS.
В 64-разрядном режиме сегментные регистры CS, DS, ES и SS в формировании линейного адреса не участвуют, поскольку сегментация в этом режиме не поддерживаются. Сегментные регистры FS и GS могут использоваться в качестве дополнительных регистров базы, о чём подробнее говорится в разделе Эффективный адрес.