Регистр состояния

Регистр состояния , регистр флагов или регистр кода состояния ( CCR собой набор флага битов состояния процессора ) представляет . Примеры таких регистров включают регистр FLAGS в архитектуре x86 , флаги в регистре слова состояния программы (PSW) в архитектуре IBM System/360 через z/Architecture и регистр состояния прикладной программы (APSR) в ARM Cortex-A архитектуре . . ^[1]

Регистр состояния — это аппаратный регистр , содержащий информацию о состоянии процессора . Отдельные биты неявно или явно считываются и/или записываются инструкциями машинного кода , выполняющимися на процессоре. Регистр состояния позволяет команде выполнять действие в зависимости от результата предыдущей инструкции.

Обычно флаги в регистре состояния изменяются в результате арифметических и битовых операций. Например, бит Z может быть установлен, если результат операции равен нулю, и сброшен, если он не равен нулю. Другие классы инструкций также могут изменять флаги для обозначения статуса. Например, строковая инструкция может делать это, чтобы указать, завершилась ли инструкция из-за того, что она обнаружила совпадение/несовпадение, или потому, что она обнаружила конец строки. Флаги считываются последующей условной инструкцией, так что указанное действие (в зависимости от процессора, переход, вызов, возврат и т. д.) происходит только в том случае, если флаги указывают на указанный результат предыдущей инструкции.

Некоторые архитектуры ЦП, такие как MIPS и Alpha , не используют выделенный регистр флагов. Другие не устанавливают и/или не читают флаги неявно. Такие машины либо вообще не передают неявную информацию о состоянии между инструкциями, либо передают ее в явно выбранном регистре общего назначения.

Регистр состояния часто может иметь и другие поля, такие как более специализированные флаги, биты разрешения прерывания и аналогичные типы информации. Во время прерывания состояние выполняющегося в данный момент потока может быть сохранено (а позже вызвано) путем сохранения текущего значения регистра состояния вместе со счетчиком программы и другими активными регистрами в машинном стеке или какой-либо другой зарезервированной области памяти.

Общие флаги

Это список наиболее распространенных флагов регистров состояния ЦП, реализованных почти во всех современных процессорах.

Флаг	Имя	Описание
С	Нулевой флаг	Указывает, что результат арифметической или логической операции (или, иногда, загрузки) равен нулю.
С	Нести флаг	Позволяет складывать/вычитать числа, превышающие одно слово, путем переноса двоичной цифры от менее значимого слова к наименее значимому биту более значимого слова по мере необходимости. Он также используется для расширения битовых сдвигов и ротации аналогичным образом на многих процессорах (иногда это делается с помощью специального флага X ).
С / Н	Знак флага Отрицательный флаг	Указывает, что результат математической операции отрицательный. В некоторых процессорах ^[2] Флаги N и S имеют разные значения и способы использования: один указывает, был ли последний результат отрицательным, тогда как другой указывает, имело ли место вычитание или сложение.
В / О / Вт	Флаг переполнения	Указывает, что результат операции со знаком слишком велик, чтобы поместиться в ширину регистра с использованием представления дополнения до двух .

Другие флаги

На некоторых процессорах регистр состояния также содержит такие флаги:

Флаг	Имя	Описание
Г / А / ДК	Флаг полупереноса Вспомогательный флаг Цифровой перенос Флаг десятичной корректировки	(обычно между 4-битными половинами байтового операнда) произошел перенос битов Указывает, что между полубайтами в результате последней арифметической операции. Такой флаг обычно полезен для реализации арифметических операций BCD на двоичном оборудовании.
П	Флаг паритета	Указывает, является ли количество установленных битов последнего результата нечетным или четным.
я	Флаг прерывания	На некоторых процессорах этот бит указывает, разрешены или замаскированы прерывания. ^[3] Если процессор имеет несколько уровней приоритета прерываний , например PDP-11 , несколько битов могут использоваться для указания приоритета текущего потока, что позволяет прерывать его только аппаратно, установленным на более высокий приоритет. В других архитектурах бит может указывать, что в данный момент активно прерывание и что текущий поток является частью обработчика прерывания .
С	Флаг супервизора	На процессорах, которые обеспечивают два или более колец защиты , один или несколько битов в регистре состояния указывают кольцо текущего потока (насколько ему доверяют или должен ли он использовать операционную систему для запросов, которые могут помешать другим потокам). На процессоре только с двумя кольцами один бит может отличить режим супервизора от режима пользователя.

Архитектуры ЦП без арифметических флагов

Флаги состояния позволяют инструкции действовать на основе результата предыдущей инструкции. В конвейерных процессорах, таких как суперскалярные и спекулятивные процессоры, это может создавать опасности , которые замедляют обработку или требуют дополнительного оборудования для их обхода. ^[4]

Некоторые текстовые процессоры с очень длинными командами обходятся без флагов состояния. Одна инструкция одновременно выполняет тест и указывает, по какому результату этого теста следует выполнить действие, например «Сравнить a с b» и «Перейти к c, если равно». Результат теста не сохраняется для последующих инструкций.

Другая альтернатива регистру состояния заключается в том, что инструкции процессора помещают информацию о состоянии в регистр общего назначения, когда программа ее запрашивает. MIPS , AMD 29000 , DEC Alpha и RISC-V являются примерами архитектур, которые предоставляют инструкции сравнения, которые сохраняют результат сравнения в регистре общего назначения в виде одного бита или числового значения 0 или 1. Условные переходы действуют на основе значение в регистре общего назначения.

Обычно инструкции сравнения проверяют равенство или величину со знаком/без знака. Для проверки других условий программа использует формулу эквивалентности. Например, в MIPS нет «бита переноса», но программа, выполняющая сложение нескольких слов, может проверить, не произошло ли переполнение регистров при сложении одного слова, проверив, меньше ли сумма, чем операнд: ^[4]

        # alow = blow + clow
	addu	alow, blow, clow
        # set tmp = 1 if alow < clow, else 0
	sltu	tmp, alow, clow
	addu	ahigh, bhigh, chigh
	addu	ahigh, ahigh, tmp

The sltu наборы команд tmp до 1 или 0 на основе указанного сравнения двух других операндов. (Здесь регистр общего назначения tmp не используется в качестве регистра состояния для управления условным переходом; скорее, к старшему слову добавляется возможное значение 1, указывающее на перенос от сложения младшего порядка.)

Эта схема становится менее удобной при сложении трех и более слов, так как при вычислении происходит два сложения. b + c + tmp, любой из которых может генерировать перенос, который должен быть обнаружен с помощью двух sltu инструкции. К счастью, эти два переноса можно добавлять друг к другу без риска переполнения, поэтому ситуация стабилизируется при добавлении пяти инструкций на слово.

См. также

Ссылки

^ «Информационный центр АРМ» . infocenter.arm.com . Проверено 18 мая 2019 г.
^ «Руководство по эксплуатации Toshiba 900, глава 3» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 января 2006 г.
^ «8-битный микроконтроллер Atmel со встроенной программируемой флэш-памятью 4/8/16/32 КБ — техническое описание» (PDF) . Микрочиповая технология .
^ Перейти обратно: ^а ^б Маши, Джон (4 июня 1996 г.). «Носите биты; ловушка архитектора» . Проверено 5 октября 2013 г.

[1] «Информационный центр АРМ» . infocenter.arm.com . Проверено 18 мая 2019 г.

[2] «Руководство по эксплуатации Toshiba 900, глава 3» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 января 2006 г.

[3] «8-битный микроконтроллер Atmel со встроенной программируемой флэш-памятью 4/8/16/32 КБ — техническое описание» (PDF) . Микрочиповая технология .

[carry-trap-4] Перейти обратно: ^а ^б Маши, Джон (4 июня 1996 г.). «Носите биты; ловушка архитектора» . Проверено 5 октября 2013 г.

[1]

[2]

[3]

[4]