Программная модель процессора IntelPentium (IA-32). Программная модель – Регистры. Прикладная модель CPU

Прикладная модель CPU

ShadowRegister

Содержимое сегментных регистров трактуется по разному для реального и защищенного режима.

R (Real) – реальный режим

SR содержит базовый адрес соответствующего сегмента и участвует в формировании физического адреса, складываясь со смещением Offset (внутрисегментное смещение), будучи предварительно сдвинутым на 4 разряда влево (X16).

P (Protect) – защищенный режим

Содержимое SR трактуется, как селектор сегмента. С помощью поля индекса (13 бит) определяется относительный адрес дескриптора соответствующего сегмента в GDT (TI=0) или LDT (TI=1).

Каждый SR сопровождается программно недоступными (64 разрядным) расширением, которое называют «теневым регистром» (Shadow Register).

Использование Shadow Register: аппаратное средство увеличения производительности компьютера, т.к. позволяет обеспечить быстрый доступ к дескриптору сегмента.

EFLAGS     расширенный регистр флагов

Содержит все арифметические флаги и флаги управления, которые имели место в базовой модели процессора 8086. А также содержит дополнительно ряд системных флагов, основными из которых являются:

VM – Virtual Mode

Переводит процессор в особый режим виртуального процессора 8086 (называют V86). Этот режим может иметь место только в рамках защищенного режима.

Protect Enable (PE=1) бит включения защищенного режима в регистре CR0.

AC – Alignment Check – бит контроля выравнивания

При установке (AC=1) и соответствующем разрешении (бит маски выравнивания, Bit Alignment Mask, BAM=1 установлен) реализуется контроль соблюдения целочисленной границы, но только в отношении данных (не команд) и только на наинизшем (прикладном) уровне привилегий.

PL=3 – номер уровня привилегий (кольца защиты).

IOPL – Input/Output Privilege Level

Двухбитное поле IOPL задает наинизший допустимый уровень привилегий для возможностей использования в программе с этим или более высоким уровнем команд I/O.

Т.к. уровень привилегий для команд I/O может изменяться, то они занимают промежуточное положение между привилегированными командами (выполнение допустимо только на наинизших уровнях привилегии CPL=0, Current Privilege Level) и непривилегированными.

Команды I/O иногда называют чувствительными командами. Кроме прямых команд I/O (IN, OUT, INS, OUTS) к чувствительным относятся команды манипуляций с флагом IF (Interrupt): STI и CLT (Set&Clean).

Программная модель FPU

• 8 регистров данных
• 1 регистр тегов
• 2 16-битных регистра
• 2 указателя

Регистры данных (числовые, арифметические) предназначены для хранения чисел представленных в формате с плавающей точкой в расширенном (80 бит) формате.

Структура формата включает в себя 3 поля:

1)  S (sign)                  – 1 бит        знак числа

2)  E (exponent)          – 15 бит      смещенный порядок (характеристика)

3)  M (significant)        – 64 бит      мантисса

В расширенном формате бит целой части представляется явно (скрытой единицы нет).

Не смотря на то, что внутренним форматом FPU является расширенный формат, FPU позволяет производить операции над следующими типами данных, представленных в следующих форматах:

1. Целые числа

16 бит         (ЦС – целое слово)

32 бита        (КЦ – короткое слово)

64 бита        (ДЦ – длинное целое)

2. Упакованные двоично-десятичные целые числа

BCD формат

80 бит (1 – знак числа, 18 цифр * 4 = 72 бита)

3. Числа с плавающей запятой

32 бита        (одинарной точности, ОТ)        КФ – короткий формат

64 бита        (двойной точности, ДТ)            ДФ

80 бит         (расширенной точности, РТ)    РФ

Диапазон ЦСПЗ:

ОТ      -        

ДТ      -        

РТ      -        

FPU допускает использование целого числа в качестве одного из операндов при выполнении арифметических операций, а также в операциях обмена памятью. При этом целочисленный операнд обязательно выбирается из памяти.

Для указания операции с целочисленным операндом в мнемонику assembler команд вставляется префикс I (integer), например:

FADD – сложение 2х действительных чисел с плавающей точкой

FIADD – сложение целого числа с действительным

Целочисленные операнды предварительно преобразуются в формат с плавающей точкой.

Арифметические команды могут использовать целые операнды только в форматах 2 или 4 байта. Операнд 8 байт может использоваться только в командах загрузки FILD (из памяти в регистр данных FPU и записи в память) и FISTP (store, P – pop). В последней команде суффикс P означает, что завершение операции сопровождается выталкиванием пересылаемого в память операнда из регистрового стека.

По сравнению с командами с двумя вещественными операндами, команды с целым операндом требуют большего времени для их выполнения за счёт предварительного преобразования целочисленного операнда во внутренний формат FPU.