Következõ: Diszkek | Tartalomjegyzék | Elõzõ: A memória

A processzor

A processzort természetesen tárgyalhatnánk, mint nagyon összetett hardware elemet, de beszélhetünk róla a software anyjaként is. Mindkét tárgyalási módot jogosnak tartjuk, azonban itt e két vonatkozást nem választjuk szét, de erõsen lerövidítjük, és csak a lényegre szorítkozunk. A processzor mûködésének megértéséhez a rendszerórától kell elindulnunk. A rendszeróra - egy kvarckristály vezérelt oszcillátor - folyamatosan periodikus jeleket szolgáltat (lásd 8.3.1. ábra).

8.3.1. ábra
Két ilyen jel ad ki egy ún. processzorciklust. E ciklusok szabják meg, hogy a processzor hogyan lépked, erre a taktusra hajtja végre az utasításokat. Az egyszerû utasításokat kevés, a bonyolultabbakat nagyon sok ciklus alatt tudja csak végrehajtani (késõbb adatokat találunk arra, hogy hány ciklus kell egy utasítás végrehajtásához). Két processzorciklus alkot egy buszciklust, melyek során a processzor a memóriához fordul. Ennek elsõ fele a státusinformációt juttatja a buszra - vagyis lényegében ekkor történik a címzés, a második fele az utasítást közli - például azt, hogy a kérdéses címen írást kell végrehajtani. A processzor egy utasítás végrehajtása alatt több mûködési fázison megy át: -- be kell hoznia a memóriából az utasítást; -- az utasítást dekódolnia kell; -- végre kell hajtania az utasításban megszabott logikai és adatmozgatási mûveleteket; -- az eredményt (esetleg) újra a memóriában kell elhelyeznie, vagyis ismételten a memóriához kell fordulnia. Fontos megértenünk, hogy a rendszeróra frekvenciájának növelésével a processzor egyre gyorsabb lesz, mivel az utasítások végrehajtásához szükséges idõ csökken. Persze ehhez az kell, hogy a processzor egyre gyorsabb mûködésû elemekbõl épüljön fel. Más a helyzet a buszciklusidõvel. Ennek csökkentése nem célszerû, mert a memóriaelemek csak késéssel válaszolnak, az egyéb perifériális eszközök pedig a nagyon gyors jelek fogadására nincsenek felkészülve. Mindezek együttes hatásaként most már megérthetjük, hogy a rendszeróra frekvenciájának kétszereserére növelése a processzor/gép sebességét csak kettõnél kisebb arányban növelheti. (Ezért mutatnak a különbözõ gépsebesség-tesztek különbözõ mûködési sebességet. Ugyanis mindegyikük egy jól-rosszul megválasztott programszakasz futási idejét méri. Nem közömbös azonban az, hogy az utasítások végrehajtása során hányszor kell a memóriához nyúlni.) Az IBM-PC processzorai (8086...80286....80486....) információs alapegységként byte-okat kezelnek. A címzési rendszer azonban szükségessé tette a "két byte = egy szó" 16 bites információmennyiség bevezetését is. Ezt fontos értenünk akkor, amikor a processzor regisztereirõl beszélünk. (A regiszter szó nem jelent túlságosan sokat: arra utal, hogy bizonyos mennyiségû bit van egy "csokorban", tehát bistabil multivibrátorok együttesének lehetne gondolni õket. Ezek a regiszterek azonban rajta vannak a processzor-lapkán, ezekhez fér hozzá leggyorsabban a rendszer. A regiszterek egy csoportja alkalmas aritmetikai, logikai funkciók végrehajtására, másik csoportjuknak inkább csak a memóriahelyek megcímzésében van szerepük.) A regiszterek elnevezése és szerepe az alábbi : AX -- akkumulátor, kiemelt jelentõségû, központi szerepe van. Bizonyos utasítások csak erre vonatkoznak. BX -- bázisregiszter, egy alapcímhez képesti relatív eltérések kijelölése a fõ funkciója. CX -- számlálóregiszter, elsõdlegesen ismételni kívánt utasítások esetén van különleges szerepe. DX -- adatregiszter, fõként adatok byte-jainak kijelölésére szolgál. Fontos szerepe van az I/O utasításokban. (E regiszterek 16 bitesek, de LO és HI byte-jaik külön is címezhetõk, tehát pl. CL a számlálóregiszter alacsonyabb helyiértékû byte-jára utal.) SI -- forrás (source) indexregiszter, elsõsorban adatok címzésére. Gyakran szerepel DS -sel együtt. DI -- cél (destination) regiszter, szintén adatok címzésére. Gyakran társul az ES regiszterrel BP -- bázis pointer (mutató), a bázisregiszterhez hasonló szerepkörrel. SP -- verem (stack) pointer, a verem aktuális tartalmára mutat. IP -- utasítás (instruction) pointer, a feldolgozandó utasításra mutat. F -- feltételbitek (flag), átvitel, paritás, elõjel, megszakítás engedélyezése stb. Nagyon fontosak az ún. szegmens regiszterek. Ezekkel 64 kB nagságú területeket jelölhetünk ki. Négy, egymástól függetlenül megválasztható terület kijelésére van módunk a négy szegmensregiszterrel: CS -- kód szegmensregiszter, IP-vel együtt adja meg az utasítás pontos helyét. DS -- adat szegmensregiszter. SS -- stack (verem) szegmensregiszter. ES -- extra szegmensregiszter, lehetõséget teremt egy újabb adatszegmens definiálására és címzésére. A fentiekbõl látszik, hogy egyidejûleg négy szegmensben manipulálhatunk (CS, DS, SS, ES). Az offset - vagyis a szegmens kezdetétõl mért eltolás megadására számos regiszter szolgálhat (IP, DX, BX, BP, stb). Emlékeztetnünk kell itt arra, hogy a számítógépek a memóriában elhelyezett programot dolgozzák fel, utasításonként. Az utasításoknak ún. gépi kódjuk van, amelyet a processzor felismer, és annak megfelelõen cselekszik. A gépi kódok nulláknak és egyeseknek a keverékei, emberi értelmezésre, memorizálásra általában nem alkalmasak. E nehézségnek az áthidalására készítenek minden processzorhoz ún. assembly (szerelõ) nyelvû fordító programot. Ennek használatakor a programozó a magasszintû programnyelvekben megszokott kényelmes lehetõségekhez jut, eredményként pedig egy direkt gépi kódú program keletkezik. Ezek a programok általában a legtömörebbek, éppen ezért a futási idejük a lehetõ legkisebb. Itt most bemutatunk néhány példát az assembly nyelv jelöléseire. Az utasítások általában néhány betûbõl állnak, amely betûk angol szavakra, szótöredékekre emlékeztetnek. Ezeket már könnyen lehet memorizálni - az ilyen szavakat hívják "mnemonics"-nak. (MOV - move, LEA - load effective address, IMUL - integer multiplication.) Az IBM-PC utasításai különbözõ hosszúságúak, vagyis különbözõ számú byte szükséges leírásukhoz. Ez attól függ, hogy az utasítás operandusait honnan kell venni, illetve az eredményt hová kell elhelyezni. E szempontból más-más szerepük van a regisztereknek, a memóriahelyeknek/portoknak, illetve az utasításhoz közvetlenül kapcsolódó adatoknak. Ezek tehát befolyásolják azt, hogy az utasítás milyen hosszú lesz. (Hosszabb utasítás valószínûleg hosszabb végrehajtási idõt is fog jelenteni, mert többször kell a memóriához fordulni.) Az IBM-PC legrövidebb utasításai egyetlen byte hosszúságúak, a leghosszabb pedig hét byte-ot igényel. Az alábbiakban bemutatjuk az utasításkészlet legfontosabb csoportjait. Mindegyik csoportban számos utasítás található, ezek teljes felsõrolása helyett csak ízelítõt adunk mindegyikbõl. Mindenütt feltüntetjük az assembly nyelvû megnevezést, a hozzá tartozó gépi kódot (ezt természetesen hexadecimálisan adjuk meg), valamint azt, hogy hozzávetõleg hány processzor-ciklus szükséges az utasítás végrehajtásához.

$\textstyle \parbox{3cm}{He\-xa-k\'od}$ $\textstyle \parbox{2cm}{Cik\-lu\-sok sz\'a\-ma}$ $\textstyle \parbox{4cm}{As\-sembly k\'od}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{\'Er\-tel\-me\-z\'es}$

$\textstyle \parbox{3cm}{\underline{ADAT\-MOZ\-GA\-T\'AS}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{8B C3}$ $\textstyle \parbox{2cm}{2}$ $\textstyle \parbox{4cm}{mov ax,bx}$ $\textstyle \parbox{5cm}{BX tar\-tal\-m\'at AX-be t\uml ol\-ti}$ $\textstyle \parbox{3cm}{89 87 123B}$ $\textstyle \parbox{2cm}{10}$ $\textstyle \parbox{4cm}{mov [123bh+bx],ax}$ $\textstyle \parbox{5cm}{AX tar\-tal\-m\'at be\-\'{\i}r\-ja 123B \'es BX \uml ossze\-g\'e\-vel meg\-c\'{\i}m\-zett hely\-re}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{ARIT\-ME\-TI\-KA}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{03 C3}$ $\textstyle \parbox{2cm}{3}$ $\textstyle \parbox{4cm}{add ax,bx}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{AX-hez hoz\-za\-ad\-ja BX tar\-tal\-m\'at}$ $\textstyle \parbox{3cm}{F7 F9}$ $\textstyle \parbox{2cm}{190}$ $\textstyle \parbox{4cm}{idiv cx}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{AX tar\-tal\-m\'at eloszt\-ja CX-xel, h\'a\-nya\-dos: AX, ma\-ra\-d\'ek: DX}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{KOR\-REK\-CI\'O}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{98}$ $\textstyle \parbox{2cm}{2}$ $\textstyle \parbox{4cm}{cbw}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{byte-b\'ol sz\'ot csi\-n\'al}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{LO\-GI\-KA}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{23 C2}$ $\textstyle \parbox{2cm}{3}$ $\textstyle \parbox{4cm}{fitty:and ax,dx}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{lo\-gi\-kai \'ES AX \'es DX k\uml o\-z\uml ott}$ $\textstyle \parbox{3cm}{F7 C1 0008}$ $\textstyle \parbox{2cm}{4}$ $\textstyle \parbox{4cm}{test cx,08h}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{lo\-gi\-kai \'ES CX \'es 08 k\uml o\-z\uml ott, de CX tar\-tal\-ma nem v\'al\-to\-zik}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{L\'EP\-TE\-T\'ES}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{D3 E0}$ $\textstyle \parbox{2cm}{15}$ $\textstyle \parbox{4cm}{shl ax,cl}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{AX-et CL tar\-tal\-m\'a\-nak meg\-fe\-le\-l\H o\-en bal\-ra shif\-te\-li}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{FEL\-T\'E\-TEL\-BIT}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{FA}$ $\textstyle \parbox{2cm}{2}$ $\textstyle \parbox{4cm}{cli}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{nem en\-ge\-di az in\-ter\-rupt-okat}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{UG\-R\'A\-SOK}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{EB 16 90}$ $\textstyle \parbox{2cm}{30}$ $\textstyle \parbox{4cm}{jmp {\tt leg\-v\'e\-ge}}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{ a ''leg\-v\'e\-ge'' ne\-v\H u cim\-k\'e\-re ug\-rik}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{CIK\-LUS-SZER\-VE\-Z\'ES}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{E2 F2}$ $\textstyle \parbox{2cm}{5--17}$ $\textstyle \parbox{4cm}{lo\-op {\tt ha\-h\'o}}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{is\-m\'et\-l\'es a ''ha\-h\'o'' ne\-v\H u cim\-k\'e\-t\H ol}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{VE\-REM}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{50}$ $\textstyle \parbox{2cm}{11}$ $\textstyle \parbox{4cm}{push ax}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{AX-et a ve\-rem\-be te\-szi}$ $\textstyle \parbox{3cm}{58}$ $\textstyle \parbox{2cm}{8}$ $\textstyle \parbox{4cm}{pop ax}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{a ve\-rem ak\-tu\-\'a\-lis \'er\-t\'e\-k\'et AX-be t\uml ol\-ti}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{SZUB\-RU\-TIN}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{E8 000D}$ $\textstyle \parbox{2cm}{19}$ $\textstyle \parbox{4cm}{call {\tt girls}}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{ug\-r\'as a ''girls'' ne\-v\H u szub\-ru\-tin\-ra}$ $\textstyle \parbox{3cm}{C3}$ $\textstyle \parbox{2cm}{12}$ $\textstyle \parbox{4cm}{ret}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{vissza\-t\'e\-r\'es a szub\-ru\-tin\-b\'ol}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{MEG\-SZA\-K\'I\-T\'AS}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{CD 21}$ $\textstyle \parbox{2cm}{51}$ $\textstyle \parbox{4cm}{int 21h}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{ug\-r\'as a 21h in\-ter\-rupt ru\-tin\-ra}$ $\textstyle \parbox{3cm}{CF}$ $\textstyle \parbox{2cm}{32}$ $\textstyle \parbox{4cm}{iret}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{vissza\-t\'e\-r\'es az in\-ter\-rupt ru\-tin\-b\'ol}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{STRING}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{AD}$ $\textstyle \parbox{2cm}{12}$ $\textstyle \parbox{4cm}{lodsw}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{string-elem (sz\'o) moz\-ga\-t\'a\-sa}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{I/O M\H U\-VE\-LE\-TEK}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{EC}$ $\textstyle \parbox{2cm}{8}$ $\textstyle \parbox{4cm}{in al,dx}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{\'{\i}r\'as port-c\'{\i}m\-re}$ $\textstyle \parbox{3cm}{EE}$ $\textstyle \parbox{2cm}{8}$ $\textstyle \parbox{4cm}{out dx,al}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{ol\-va\-s\'as port-c\'{\i}m\-r\H ol}$ $\textstyle \parbox{3cm}{\underline{EGY\'EB}}$ $\textstyle \parbox{3cm}{90}$ $\textstyle \parbox{2cm}{3}$ $\textstyle \parbox{4cm}{nop}$ $\textstyle \parbox{5 cm}{\uml ures uta\-s\'{\i}\-t\'as}$ .

Következõ: Diszkek | Tartalomjegyzék | Elõzõ: A memória

1999-09-23