Procesor z pohledu programátora

POT

Procesor z pohledu programátora


1

K.D. - přednášky POT

POT


Terminologie • Procesor (CPU) = řadič + ALU . • Mikroprocesor = procesor vyrobený monolitickou technologií na 1 čipu. • Mikropočítač = počítač postavený na bázi mikroprocesoru. • Mikrokontrolér = mikropočítač se speciálními periferiemi vyrobený na 1 čipu.


2

POT


„Programátorsky zajímavé“ vlastnosti procesoru

• ISA (Instruction Set Architecture): – Registrová sada procesoru – Instrukční soubor – Adresní prostory (paměti a IO)

3


POT


Poznámka: CPU a paměť 0 1

Adresa 2

Adresní prostor paměti

...

3

Data

Data

ALU Kód programu

Instrukce

Řadič Řídicí registry

Instrukce

Paměť K.D. - přednášky POT

Univerzální registry

CPU 4

POT


Poznámka: Registr • Registr slouží v počítači jako dočasná paměť pro uložení určité hodnoty (operandy pro aritmetické operace, kód instrukce, ...). Operand A

Operand B

7 6 5 4 3 2 1 0

7 6 5 4 3 2 1 0

A+B Registry

OV CY Overflow Carry bit

7 6 5 4 3 2 1 0 Součet A + B

5


POT


Poznámka: Registr • Technická realizace: Registr je sestaven z klopných obvodů.

Zápis dat do registru

n

2

1

0

"Zápis"

Čtení dat z registru Klopné obvody


6

POT


Registrová sada procesoru (Intel IA-32) 31

15

0

AH BH CH DH

EAX EBX ECX EDX

• • • • • • •

AL BL CL DL

AX BX CX DX

SP BP SI DI

0

Řídicí registry CPU

GDTR IDTR

63

31

0

0

TR LDTR 79 47

0

0

FPU CR FPU SR FPU Tag

FPU I P FPU DP FPU Op 9

MMX

SIMD

MXCSR CR4 CR3 CR2 CR1 CR0

0

FP R 0-7 15

DS CS SS ES FS GS

Flags

47

Segment ování a ochr ana pam ět i

FPU

IP

4 ks univerzálních registrů 32 bitů 4 ks bázových a indexových registrů 6 ks segmentových registrů IP (PC) a příznakový registr 8 ks FP registrů 80 bitů 8 ks SIMD registrů 128 bitů 8 ks MMX registrů 64 bitů

63

0 0

Ladicí re gistry 31

0

MM0-7 12 8

DR7 DR6 DR5 DR4 DR3 DR2 DR1 DR0 DCtlMSR

0

X MM0-7 MXCSR 63

0

APIC

APIC_B ASE_MSR ICR APIC ID LDR DFR TP R EOI SVR

EIP EFlags

127

0

TMR IRR ISR Machine Specific Regist ers 63

0

MSR

7


POT


Registrová sada procesoru (Alpha) • • • • • •

32 ks 64 bitových interger registrů, 32 ks 64 bitových float registrů, cca 50 řídicích registrů. Nemá příznakový registr. Všechny operace jsou typu registr ↔ registr. S pamětí pracují pouze instrukce Load a Store.

63

0 PC

63

0 R31

. ..

R2 R0R1 63

0

..

F31

.

F2 F0F1

cca 50 řídicích registrů


8

POT


Registrová sada procesoru H8S ERx

31 15

• • • • • • • •

RxL, RxH – 8bitové registry Rx, Ex – 16bitové registry ERx – 32bitové registry EXR – řídicí registr CCR – příznakový registr PC – programový čítač (24 bitů) MAC – Multiply Accumulate ER7 slouží implicitně jako SP

Ex

0 Rx

0 15

0

7 RxH 0 7 RxL 0 E0 E1

R0H R1H

... ... ... ... ...

... ... ... ... ...

... ... ... ... ...

E7

R7H

R7L

ER0 ER1

R0L R1L

ER7

7 6 5 4 3 2 1 0 T

I2 I1 I0

EXR

7 6 5 4 3 2 1 0 I UI H U N Z V C 23

CCR

0 PC

63

42 41 32 MACH

MAC

MACL 31


POT

0

9


PC, SP, CCR, EXR • PC = Program Counter Při provádění určité instrukce obsahuje adresu následující instrukce.

• SP = Stack Pointer Ukazatel na vrchol zásobníku.

• CCR = Condition Code Register Obsahuje soubor příznaků pro větvení programu.

• EXR = Extended Control Register Pro řízení přerušení a trasování.


10

POT


Použití registrů Jednoduchý program: sečtení dvou čísel v paměti, uložení výsledku do paměti

...

– H8S neumí pracovat s operandy v paměti → operandy se musí uložit do registrů, – výsledek operace sčítání je v registru → musí se uložit do paměti.

000400 000401 000402 000403 000404

R0H R1H

R0L R1L

...

25 3E

Adresa

Datová paměť

Registry

11


POT


Poznámka: Instrukce • Zjednodušeně: Zdroj dat

MOV.B

Kód instrukce

Cíl dat

@0401,R0L

Operandy

R0L ← @0401


Zdroj dat

ADD.B

Kód instrukce

Cíl dat

R0L,R1L

Operandy

R1L ← R0L + R1L

12

POT


...

Jednoduchý program

3E

25

3E

25

3E

63

...

...

@0401,R0L @0402,R0H R0H,R0L R0L,@0403

25 3E

000400 000401 000402 000403 000404

25 3E

...

...

MOV.B MOV.B ADD.B MOV.B

000400 000401 000402 000403 000404

25 3E 63

...

000400 000401 000402 000403 000404

13


POT


Registr PC Paměť 000000

(Programový čítač) Při provádění určité instrukce obsahuje adresu následující instrukce. V H8S je PC dlouhý 24 bitů ⇒ může adresovat paměť v rozsahu 224 = 16 M bytů.

...

PC = Program Counter 002400 002401 002402 002403 002404 002405 002406 002407 002408

PC 002404

Právě prováděná instrukce Instrukce která se bude provádět jako následující

Funkce PC K.D. - přednášky POT

14

POT


Registr CCR • • •

Obsahuje příznakové bity (flag) Nastavuje se podle výsledku provedené operace (kromě I) Použití: ke větvení programu

Příznakové bity u H8S: C V Z N H I U, UI

Carry Overflow Zero Negative Half Carry Interrupt Enable Nevyužité

7 6 5 4 3 2 1 0 I UI H U N Z V C

CCR

15


POT


Větvení programu podle příznaků (1) • • •

K větvení programu slouží instrukce Bcc (Branch Conditionally). Testuje jeden nebo několik příznakových bitů. Podle výsledku testu buď provede nebo neprovede skok (přičtení určité hodnoty k PC).


16

POT


Větvení programu podle příznaků (2) Příklad: Výpočet absolutní hodnoty ze součtu dvou čísel.

Sečtení čísel

+

Výsledek >= 0

Výsledek = - Výsledek

17


POT


Větvení programu podle příznaků (3) Příklad: Výpočet absolutní hodnoty ze součtu dvou čísel. MOV.B MOV.B ADD.B BPL NEG.B LAB1: MOV.B

@0401,R0L @0402,R0H R0H,R0L LAB1 R0L R0L,@0403

; ; ; ; ; ;

1. operand do R0L 2. operand do R1L nastaví příznaky skok při N == 0 dvojkový doplněk uložení výsledku

Poznámka: LAB1 je návěští, které označuje instrukci MOV.B R0L,@0403.


18

POT


Použití dalších registrů – Také registry SP a EXR mají speciální použití. – SP je pro nás důležitý, ale nejprve probereme obecné možnosti adresování dat a instrukcí v paměti a kódování instrukcí. – EXR má využití při obsluze přerušení a při ladění programu → pro nás není důležitý.


19

Procesor z pohledu programátora

Recommend Documents