SZSZK21 - Számítógép architektúrák II.

c., Regiszterkészlet

A regiszterek gyors írható és olvasható munkatárak. A különböző regiszterek szigorúan meghatározott feldatokhoz vannak hozzárendelve, emiatt korlátozott funkció betöltésére alkalmasak. A belső sínrendszeren keresztül tartanak kapcsolatot a processzor más részeivel. Ezek a számítógép leggyorsabb adattárai. A regiszterkészlet processzorfüggő. A regsizterkészlet bizonyos elemei a felhasználók által közvetlenül hozzáférhető, de vannak olyan részei, amelyeket a felhasználó nem érhet, azokat csak maga a processzor használhatja. A regiszterek a processzor különböző részein, vagy önállóan, tömbökbe szervezetten fordulnak elő.

- A processzor regszterei a felhasználói porgramok szempontjából három kategóriába sorolhatóak:

1., Rendszerregiszterek -> amelyek a felhasználói proramok számára nem láthatók, nem elérhetők. Pl., Intruction Pointer regiszter

2., Speciális célú regiszterek -> amelyek a felhasználói programokban csak meghatározott utasításokban szerepelhetnek. Ilyen regiszter pl. a FLAG vagy a státuszregiszter.

3., Általános célú regiszterek ->amelyeket a felhasználói programok korlátozás nélkül használhatnak.

- Regiszterek fajtái:

1., Akkumulátor regiszter (AC), az aritmetikai és logikai műveletek operandusait tárolja. A részeredmények tárolására is alkalmas, minden műveletben részt vesz. Vannak olyan architektúrák, ahol az AC helyett regsiztertömböket alkalmaznak, amelykben akár 512 regiszter is lehet, így a számítás gyorsasága előidézhető.

2., Utasításregiszter (IR), A vezérlőegységhez tartozó regiszter, amelyben a memóriából kiolvasott utasítás tárolódik, amíg a CU az utasítás műveleti jelrésze alapján meghatározza az elvégzendő műveletet és elindítja a vezérlőegységen keresztül.


3., Utasításszámláló regiszter (PC, IP) A soron következő utasítás címét trárolja. Az utasításszámláló tartalmát a program maga is változtathatja, a problémamegoldás az utasításkódok címeinek sorrendjében megy végbe. Működése tehát: az utasításszámláló által címzett első memóriarekesz elérésekor kiolvasunk a memóriából egy utasításkódot, így az utasításszámláló tartalma egy utasításhossznak megfelelően nő, és így a memória azon rekeszét címezi, amelyben a program szerinti következő utasításkód található.

4., Bázis (cím) regiszter (BR), az operandusok címzéséhez felhasznált regiszter, amely nem általános használatú. A báziscím egy alapcím, amelyhez viszonyítva adhatjuk meg az utasításban az operandus helyét. Ilyen megoldást nem minden processzornál használnak.

5., Indexregiszterek
Ez a típus sem található meg minden processzorban, ezek is az opereandusok címzését segítik elő, különösen adatsorok feldolgozásánál.

6., Állapot regiszterek, vezérlő regiszterek, Egy vagy több regiszteren belül tárolnak vezérlő és ellenőrző jeleket. Az állaot regiszter egyes bitjei az ALU művelet végrehajtésénak eredménye alapján kapnak automatikusan értéket. Jellegzetes állapotbitek:

- előjelbit - S (sign)
- nulla bit - Z (zero)
- túlcsordulás bit - O (overflow)
- átvotelbit - C (carry)
- félbyte átvitelbit - H (half)
- megszakításbit - I 
- paritásbit - P

d., Busz interfész egység (BIU)
- Biztosítja a processzor kapcsolódását a külső sínredszerhez.

e., Címszámító és védelmi egység
- Feladata a program utasításokban található címek leképzése a főtárban található fizikai címeire és a tátoló védelmi hibáinak felderítése.

f., Belső sínrendszer
- A CPU-n belüli adatforgalmat lebonyolító áramkör összessége.

g., Belső gyorsító tároló
- L1 cache a főtárból kiolvasott adatok és utasítások átmeneti tárolására szolgál.


A processzorok üzemmódjai és állapotai
--------------------------------------

A proceszornak különböző üzemmódjai és állapotai vannak, amelyek megkülönböztetésére védelmi szempontból és a proramok  biztonságos működtetése miatt van szükség.Az üzemmódok különbségei az operációs rendszer és a felhasználói programok működtetése, valamint a korábbi bináris programokkal való kompatibilitás megtartása miatt fontos.

Egyes processzoroknál megkülönböztetünk supervisor és user állapotokat, melyek elkülönítik az operációs rendszerhez tartozó programokat a felhasználói programoktól. A priviligizált supervisor üzemmódban a processzor végrehajt olyan utasításokat is, melyek felhasználói üzemmódban tilosak.

- Általánosságban példaként vizsgáljuk az Intel processzorok négy üzemmódját:

1., Valós üzemmód -> a processzor ilyen esetben úgy működik, mint egy régi 8086-as processzor. Erre azért van szükség, hogy a felhasználók változatlan formában képesek legyenek régi (pl. DOS-os) programok futtatására. Ebben az esetben a CPU 8086-as emulációval működik, azaz a felhasználói program úgy látja, hogy a program 8086-as processzoron fut. (pl. 32bit regiszternek csak az alsó 8 bitjét engedi használni, így az utasítás készlet is ennek megfelelően csökkentett.)

2., Védett üzemmód -> ebben az üzemmódban kihasználható a 32 bites architektúra összes lehetősége, ezért a teljesítmény ebben az üzemmódban a legnagyobb. Ez az üzemmód multitasking.

3., Védett valós üzemmód -> ebben az üzemmódban a CPU a 8086-os processzort csak egy taskban emulálja, a rendszer attól még 32 bites verzióban fut. (ilyen eset, amikor egy dos vagy win95 alkalmazást indítunk egy külön ablakban)

4., Rendszermenedzselő üzemmód (SMM - System Management Mode) - független az operációs rendszertől és az alkalmazásoktól és egyben a processzor energiatakarékos üzemmódja.