что такое регистр в процессоре
Регистр процессора
Регистр процессора — блок ячеек памяти, образующий сверхбыструю оперативную память (СОЗУ) внутри процессора; используется самим процессором и большой частью недоступен программисту: например, при выборке из памяти очередной команды она помещается в регистр команд (англ.), к которому программист обратиться не может.
Имеются также регистры, которые в принципе программно доступны, но обращение к ним осуществляется из программ операционной системы, например, управляющие регистры и теневые регистры дескрипторов сегментов. Этими регистрами пользуются в основном разработчики операционных систем.
Специальные регистры [3] содержат данные, необходимые для работы процессора — смещения базовых таблиц, уровни доступа и т. д.
Часть специальных регистров принадлежит устройству управления, которое управляет процессором путём генерации последовательности микрокоманд.
Содержание
Архитектура x86
IP (англ. Instruction Pointer ) — регистр, обозначающий смещение следующей команды относительно кодового сегмента.
IP — 16-битный (младшая часть EIP)
EIP — 32-битный аналог (младшая часть RIP)
RIP — 64-битный аналог
Сегментные регистры — регистры, указывающие на сегменты.
CS (англ. Code Segment ), DS (англ. Data Segment ), SS (англ. Stack Segment ), ES, FS, GS
В реальном режиме работы процессора сегментные регистры содержат адрес начала 64Kb сегмента, смещенный вправо на 4 бита.
В защищенном режиме работы процессора сегментные регистры содержат селектор сегмента памяти, выделенного ОС.
CS — указатель на кодовый сегмент. Связка CS:IP (CS:EIP/CS:RIP — в защищенном/64-битном режиме) указывает на адрес в памяти следующей команды.
Регистры данных — служат для хранения промежуточных вычислений.
RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8 — R15 — 64-битные
EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D — R15D — 32-битные (extended AX)
AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W — R15W — 16-битные
AH, AL, CH, CL, DH, DL, BH, BL, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B — R15B — 8-битные (половинки 16-ти битных регистров)
например, AH — high AX — старшая половинка 8 бит
AL — low AX — младшая половинка 8 бит
| RAX | RCX | RDX | RBX | ||||||||||||||||||||||||||||
| EAX | ECX | EDX | EBX | ||||||||||||||||||||||||||||
| AX | CX | DX | BX | ||||||||||||||||||||||||||||
| AH | AL | CH | CL | DH | DL | BH | BL | ||||||||||||||||||||||||
| RSP | RBP | RSI | RDI | Rx | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ESP | EBP | ESI | EDI | RxD | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SP | BP | SI | DI | RxW | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SPL | BPL | SIL | DIL | RxB | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
где x — 8..15.
Регистры RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, Rx, RxD, RxW, RxB, SPL, BPL, SIL, DIL доступны только в 64-битном режиме работы процессора.
Регистр флагов FLAGS (16 бит) / EFLAGS (32 бита) / RFLAGS (64 бита) — содержит текущее состояние процессора.
Регистром называется функциональный узел, осуществляющий приём, хранение и передачу информации. Регистры состоят из группы триггеров, обычно D. По типу приёма и выдачи информации различают 2 типа регистров:
Сдвиговые регистры представляют собой последовательно соединённую цепочку триггеров. Основной режим работы — сдвиг разрядов кода от одного триггера к другому на каждый импульс тактового сигнала.
По назначению регистры различаются на:
Счётчик команд
IP (англ. Instruction Pointer ) — регистр, содержащий адрес-смещение следующей команды, подлежащей исполнению, относительно кодового сегмента CS в процессорах семейства x86.
Регистр IP связан с CS в виде CS:IP, где CS является текущим кодовым сегментом, а IP — текущим смещением относительно этого сегмента.
Регистр IP является 16-разрядным регистром-указателем. Кроме него, в состав регистров этого типа входят SP (англ. Stack Pointer — указатель стека) и BP (англ. Base Pointer — базовый указатель).
Адрес следующей инструкции, подлежащей исполнению, вычисляется путем суммирования адреса в CS (сегменте кода) со смещением в регистре IP:
2CB50H + 123H = 2CC73H
При выполнении текущей инструкции процессор автоматически изменяет значение в регистре IP, в результате чего регистровая пара CS:IP всегда указывает на следующую подлежащую исполнению инструкцию.
Начиная с процессора 80386 была введена 32-разрядная версия регистра-указателя — EIP. В данном случае IP является младшей частью этого регистра (первые 16 разрядов). Принцип работы EIP в целом схож с работой регистра IP. Основная разница состоит в том, что в защищённом режиме, в отличие от реального режима, регистр CS является селектором (селектор указывает не на сам сегмент в памяти, а на его дескриптор сегмента в таблице дескрипторов).
В 64-разрядных процессорах используется свой регистр-указатель инструкций — RIP.
Младшей частью этого регистра является регистр EIP.
На основе RIP в 64-разрядных процессорах введён новый метод адресации RIP-relative. В остальном работа RIP аналогична работе регистра EIP.
См. также
Примечания
 | Это заготовка статьи о компьютерах. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. Это примечание по возможности следует заменить более точным. |
 Технологии цифровых процессоров | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Архитектура | |||||||||
| Параллелизм |
| ||||||||
| Реализации | DSP · GPU · SoC · PPU · Векторный процессор · Математический сопроцессор • Микропроцессор · Микроконтроллер | ||||||||
| Компоненты | Barrel shifter · FPU · BSB · MMU · TLB · Регистровый файл · control unit · АЛУ • Демультиплексор · Мультиплексор · Микрокод · Тактовая частота • Корпус • Регистры • Кэш (Кэш процессора) | ||||||||
| Управление питанием | APM · ACPI · Clock gating · Динамическое изменение частоты • Динамическое изменение напряжения | ||||||||
| Микроконтроллеры | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Архитектура |
| ||||||
| Производители | Analog Devices • Atmel • Silabs • Freescale • Fujitsu • Holtek • Hynix • Infineon • Intel • Microchip • Maxim • Parallax • NXP Semiconductors • Renesas • Texas Instruments • Toshiba • Ubicom • Zilog • Cypress | ||||||
| Компоненты | Регистр • Процессор • SRAM • EEPROM • Флеш-память • Кварцевый резонатор • Кварцевый генератор • RC-генератор • Корпус | ||||||
| Периферия | Таймер • АЦП • ЦАП • Компаратор • ШИМ-контроллер • Счётчик • LCD • Датчик температуры • Watchdog Timer | ||||||
| Интерфейсы | CAN • UART • USB • SPI • I²C • Ethernet • 1-Wire | ||||||
| ОС | FreeRTOS • μClinux • BeRTOS • ChibiOS/RT • eCos • RTEMS • Unison • MicroC/OS-II • Nucleus | ||||||
| Программирование | JTAG • C2 • Программатор • Ассемблер • Прерывание • MPLAB • AVR Studio • MCStudio | ||||||
Полезное
Смотреть что такое «Регистр процессора» в других словарях:
регистр процессора — Память процессора, предназначенная для хранения основных или промежуточных данных либо их частей и используемая для выполнения машинных команд [Источник] Тематики информационные технологии в целом EN processor register … Справочник технического переводчика
Аккумулятор (регистр процессора) — У этого термина существуют и другие значения, см. Аккумулятор (значения). Аккумулятор (регистр процессора) регистр, в котором сохраняются непосредственные результаты выполнения арифметических и логических команд. Альтернативными методами для… … Википедия
Регистр флагов — Регистр флагов регистр процессора, отражающий текущее состояние процессора. Содержание 1 Архитектура x86 1.1 Флаги состояния 1.2 Управляющий флаг … Википедия
Регистр — Регистр: В Викисловаре есть статья «регистр» Регистр (цифровая техника) последовательное или параллельное логическое … Википедия
Регистр (вычислительная техника) — Регистр процессора сверхбыстрая память внутри процессора, предназначенная прежде всего для хранения промежуточных результатов вычисления (регистр общего назначения/регистр данных) или содержащая данные, необходимые для работы процессора … … Википедия
регистр общего назначения — РОН — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] регистр общего назначения универсальный регистр общий регистр Регистр процессора, доступный программам и используемый ими для временного… … Справочник технического переводчика
РЕГИСТР КОМПЬЮТЕРА — Специализированная ячейка памяти, входящая в состав процессора. Регистры выполняют функции кратковременного хранения и преобразования данных или команд. На физическом уровне регистр представляет собой совокупность триггеров, способных хранить… … Словарь бизнес-терминов
Регистр (в вычислит. технике) — Регистр ЦВМ, часть памяти вычислительной машины обычно ёмкостью в одно машинное слово, предназначенная для запоминания (а иногда также и для преобразования) кодов. В каждой ЦВМ имеются наборы Р. различного назначения, например Р. центрального… … Большая советская энциклопедия
Регистр (цифровая техника) — У этого термина существуют и другие значения, см. Регистр. 4 х разрядный сдвиговый регистр, преобразователь последовательного кода в параллельный и обратно Регистр последовательное или параллельное … Википедия
Регистр (в вычислит. технике) — 4 х разрядный сдвиговый регистр, преобразователь последовательного кода в параллельный и обратно Регистр последовательностное логическое устройство, используемое для хранения n разрядных двоичных слов (чисел) и выполнения преобразований над ними … Википедия
Ассемблер. Сегменты памяти и регистры
Обновл. 27 Сен 2021 |
Результат выполнения программы:
Сегменты памяти
Модель сегментированной памяти разбивает системную память на группы независимых сегментов, на которые указывают указатели, расположенные в регистрах сегментов. Каждый сегмент используется для хранения данных определенного типа. Первый сегмент используется для хранения кода инструкций, второй — для хранения элементов данных, а третий — для программного стека.
Сегменты памяти:
Сегмент данных (data segment) — представлен секциями .data и .bss. Секция .data используется для объявления области памяти, где хранятся элементы данных для программы. Эта секция не может быть расширена после объявления элементов данных, и она остается статической во всей программе. Секция .bss также является секцией статической памяти, содержащей буферы для данных, которые будут объявлены в программе позже. Эта буферная память заполнена нулями.
Сегмент кода (code segment) — представлен секцией .text. Он определяет область в памяти, в которой хранятся коды инструкций. Это также фиксированная область.
Стек (stack) — это сегмент, который содержит значения данных, передаваемые в функции и процедуры в программе.
Регистры
Обычно операции с процессором включают в себя обработку данных. Эти данные могут быть как сохранены в памяти, так и извлечены оттуда. Однако процесс чтения данных из памяти и хранения данных в памяти замедляет работу процессора, так как это предполагает сложный процесс отправки запроса данных в блок памяти и получение данных обратно из блока по одному и тому же каналу — через шину управления.
Чтобы ускорить свою работу, процессор подключает определенные внутренние места хранения памяти, которые называются регистрами. Регистры хранят элементы данных для обработки без необходимости получать доступ к памяти. Ограниченное количество регистров встроено в чип процессора.
Регистры процессора
В архитектуре IA-32 есть десять 32-битных и шесть 16-битных процессорных регистров. Регистры делятся на три категории:
Общие регистры (General Registers);
Регистры управления (Control Registers);
Сегментные регистры (Segment Registers).
В свою очередь, общие регистры делятся на следующие:
Регистры данных (Data Registers);
Регистры-указатели (Pointer Registers);
Индексные регистры (Index Registers).
Регистры данных
Регистры данных — это четыре 32-битных регистра, которые используются для арифметических, логических и других операций. Эти 32-битные регистры могут быть использованы следующими тремя способами:
как полные 32-битные регистры данных: EAX, EBX, ECX, EDX;
нижние половины 32-битных регистров могут использоваться как четыре 16-битных регистра данных: AX, BX, CX и DX;
нижняя и верхняя половины вышеупомянутых четырех 16-битных регистров могут использоваться как восемь 8-битных регистров данных: AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH и DL.
Некоторые из этих регистров данных имеют специфическое применение в арифметических операциях:
AX (primary accumulator) — используется для ввода/вывода и в большинстве арифметических операций. Например, в операции умножения один операнд сохраняется в регистре EAX/AX/AL в соответствии с размером операнда.
BX (base register) — используется при индексированной адресации.
CX (count register) — хранит количество циклов в повторяющихся операциях (также, как и регистры ECX и CX).
DX (data register) — используется в операциях ввода/вывода, а также с регистрами AX и DX для выполнения операций умножения и деления, связанных с большими значениями.
Регистры-указатели
Регистрами-указателями являются 32-битные регистры EIP, ESP и EBP и соответствующие им 16-битные регистры IP, SP и BP. Есть три категории регистров-указателей:
Указатель на инструкцию или команду (Instruction Pointer или IP) — 16-битный регистр IP хранит смещение адреса следующей команды, которая должна быть выполнена. IP в сочетании с регистром CS (как CS:IP) предоставляет полный адрес текущей инструкции в сегменте кода.
Указатель на стек (Stack Pointer или SP) — 16-битный регистр SP обеспечивает значение смещения в программном стеке. SP в сочетании с регистром SS (SS:SP) означает текущее положение данных или адреса в программном стеке.
Базовый указатель (Base Pointer или BP) — 16-битный регистр BP используется в основном при передаче параметров в подпрограммы. Адрес в регистре SS объединяется со смещением в BP, чтобы получить местоположение параметра. BP также можно комбинировать с DI и SI в качестве базового регистра для специальной адресации.
Индексные регистры
В процессоре существуют 32-битные индексные регистры ESI и EDI и их 16-битные версии: SI и DI. Все они используются в индексированной адресации, и, иногда, в операциях сложения/вычитания. Есть два типа индексных указателей:
Исходный индекс (Source Index или SI) — используется в качестве исходного индекса в строковых операциях.
Индекс назначения (Destination Index или DI) — используется в качестве индекса назначения в строковых операциях.
Регистры управления
Регистром управления является объединенный 32-битный регистр инструкций и 32-битный регистр флагов (регистр процессора, отражающий его текущее состояние). Многие инструкции включают в себя операции сравнения и математические вычисления, которые способны изменить состояния флагов, а некоторые другие условные инструкции проверяют значения флагов состояния, чтобы перенести поток управления в другое место.
Распространенные битовые флаги:
Флаг переполнения (Overflow Flag или OF) — указывает на переполнение старшего бита данных (крайнего левого бита) после signed арифметической операции.
Флаг ловушка (Trap Flag или TF) — позволяет настроить работу процессора в одношаговом режиме.
Вспомогательный флаг переноса (Auxiliary Carry Flag или AF) — после выполнения арифметической операции содержит перенос от бита 3 до бита 4. Используется для специализированной арифметики. AF устанавливается, когда 1-байтовая арифметическая операция вызывает перенос из бита 3 в бит 4.
Флаг переноса (Carry Flag или CF) — после выполнения арифметической операции содержит перенос 0 или 1 из старшего бита (крайнего слева). Кроме того, хранит содержимое последнего бита операции сдвига или поворота.
В следующей таблице указано положение битовых флагов в 16-битном регистре флагов:
| Флаг: | O | D | I | T | S | Z | A | P | C | |||||||
| Бит №: | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
Сегментные регистры
Сегменты — это специфические части программы, которые содержат данные, код и стек. Есть три основных сегмента:
Сегмент кода (Code Segment или CS) — содержит все команды и инструкции, которые должны быть выполнены. 16-битный регистр сегмента кода или регистр CS хранит начальный адрес сегмента кода.
Сегмент данных (Data Segment или DS) — содержит данные, константы и рабочие области. 16-битный регистр сегмента данных или регистр DS хранит начальный адрес сегмента данных.
Сегмент стека (Stack Segment или SS) — содержит данные и возвращаемые адреса процедур или подпрограмм. Он представлен в виде структуры данных «Стек». Регистр сегмента стека или регистр SS хранит начальный адрес стека.
Кроме регистров CS, DS и SS существуют и другие регистры дополнительных сегментов — ES (Extra Segment), FS и GS, которые предоставляют дополнительные сегменты для хранения данных.
Сегментные регистры хранят начальные адреса сегмента. Чтобы получить точное местоположение данных или команды в сегменте, требуется значение смещения. Чтобы сослаться на любую ячейку памяти в сегменте, процессор объединяет адрес сегмента в сегментном регистре со значением смещения местоположения.
Пример на практике
Посмотрите на следующую простую программу, чтобы понять, как используются регистры в программировании на ассемблере. Эта программа выводит 9 звёздочек с простым сообщением: