Přehled registrů
Střední odborná škola Otrokovice
www.zlinskedumy.cz
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš ZatloukalDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.
Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
Charakteristika DUM 2
Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2
Autor Ing. Miloš Zatloukal
Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-CT/1-EL-5/13
Název DUM Přehled registrů
Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání
Kód oboru RVP 26-41-L/52
Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika
Vyučovací předmět Číslicová technika
Druh učebního materiálu Výukový materiál
Cílová skupina Žák, 15 – 16 let
Anotace Výukový materiál je určený k seznámení žáků se základní vnitřní strukturou mikropočítače – s jeho architekturou
Vybavení, pomůcky Dataprojektor
Klíčová slova Procesor, řadič, ALU, registr, operand, dekodér, čítač, příznak, střadač, zápisník, banka, zásobník, FIFO, LIFO, ukazatel
Datum 4. 3. 2013
Obsah tématuRegistr – definice, parametryDruhy registrů
- systémové- datové
- střadačové- zápisníkové- paměť RWM- zásobník
- registry podsystémů mikropočítače
Přehled registrů
Registr
Jde o samostatně adresovatelnou část paměti, umístěnou na čipu mikroprocesoru nebo jednočipového mikropočítače.
Jaké jsou parametry registru?- typ – zařazení do skupiny - šířka – počet bitů- druh adresování – bajtové, bitové- jeho adresa Příklad: registr P1 (Intel 8051)- skupina registrů podsystémů mikropočítače – registry vstupů a výstupů (porty)- 8 bitový
-adresování symbolické - bajtové: P1 - bitové P1.0 až P1.7
- adresa - symbolická: P1- číselná: 90H
Systémové registry
Mají přesně definovanou funkci (jsou spojeny s nějakou hardwarovou funkcí)
Patří k nim:
- Instrukční registr
- Dekodér instrukce
- Čítač instrukcí
- Registr příznaků
Instrukční registr- obsahuje aktuální instrukci (její číselný kód)- přečtení instrukce z paměti programu zajistí řadič- na něj pak navazuje dekodér instrukce
Dekodér instrukce- rozpozná přesně instrukci- provede dekódování (převod číselného kódu) na řídicích signály pro řadič- řadič pak dále pracuje podle informací v instrukci obsažené(řídí načtení vstupních hodnot a uložení výsledků do paměti)- dekodér dále řídí činnost ALU (provedení operace požadované instrukcí)
Čítač instrukcí – programový čítač – Program Counter (PC)- jde o jakýsi ukazatel řádku v programu – počítadlo- slouží k automatickému adresování instrukcí programu- po vykonání běžné instrukce se jeho obsah zvětší automaticky o jedničku – tím číselně označuje adresu následující instrukce programu (běžné jednobajtové adresování)- u delších instrukcí se obsah čítače zvětší o 2, 3, 4 (podle počtu bajtů instrukce)
Čítač instrukcí – pokračování- obsah může být změněn skokově – jak?
- instrukcemi skoků- nepodmíněné (skok vždy)- podmíněné (skok na určenou adresu nastane až po splnění
podmínky)- příkazem pro spuštění podprogramu (jeho tzv. volání)
- vždy je nutné zajistit návrat do aktuálního místa v programu
Registr příznaků ( příznakový registr – Flag Register – F)Co je příznak (flag)?- informační bit, který svojí hodnotou signalizuje výsledek nějaké operace- Flag – praporek je odvozen od signalizačního praporku (např. atletika, stadion, rozhodčí – rekord, přešlap…)- příznakové bity jsou na výstupu ALU- jejich význam se může lišit v závislosti na typu procesoru- mnohé z nich jsou univerzální
Registr příznaků – pokračování- příznakové bity se sdružují do společného registru příznaků(říká se mu stavový – Status)
- může tvořit spolu s obsahem střadače tzv. stavové slovo programu (PSW – Program Status Word)
- příznakové bity - mohou vyjadřovat výsledek poslední operace, která na ně měla vliv
(uložený údaj)- mohou odrážet aktuální stav obsahu střadače
(pak se neustále mění a nejsou dlouhodobě pamatovány)
- jsou automaticky nastavovány (nula nebo 1) hardwarově
- existuje i možnost programové změny obsahu příznaku (instrukcí – tedy softwarově).
Příklady příznaků :C (CY) – CARRY – přenos- mění stav při aritmetických operacích, porovnáních, posunech a rotacích- nastaví se při přenosu z nejvyššího řádu(tj. z 8. do 9. bitu)
AC – AUXILIARY CARRY – pomocný přenos - používá se při práci se čtyřbitovými čísly – např. v BCD kódu - nastaví se v případě přenosu ze 4. bitu do 5. (číslováno od 1)
Z – ZERO – příznak nuly- používá se např. u cyklů se snižováním počítadla- nastaví se, je-li výsledek ve střadači nulový
P – PARITY – parita - nastaví se do takového stavu (0 nebo 1) aby svojí hodnotou doplnil počet jedniček ve střadači v závislosti na požadavku, aby byl počet sudý či lichý
Příklady příznaků – pokračování:OV – OVERFLOW – přetečení- nastaví se při přenosu z předposledního (7.) do 8. bitu (výsledek je v intervalu 128 až 255, 8. bit může být znaménkový a je pak přepsán)
- při zakázaných operacích – např. při dělení nulou
Složení procesoru z hlediska systémových registrů
Obr. 1
Ukládání datData určená ke zpracování nebo ukládaná jako mezivýsledky nebo konečné výsledky výpočtů se ukládají do pamětí (registrů). Datové registry se dělí na:
Střadačové registry Střadač = akumulátor (také pracovní registr – registr W – Work)- bývají v procesoru jeden nebo dva (např. u Intel 8051 jde o registr A (hlavní) a B (pomocný)
- nepoužívají se pro dlouhodobé uložení dat
- jsou nejvíc používány při aritmetických a logických operacích
- jejich obsah je nejčastějším operandem (číslem pro výpočty)
- nejčastěji se do nich ukládá výsledek
Zápisníkové registry- sdruženy do skupin – sad registrů (registrová banka)
- aktuálně se pracuje pouze s jednou sadou (např. celkově ze 4)
- slouží pro uchovávání mezivýsledků operací
- jejich počet je omezen (zabírají významně místo na čipu)
- k jejich obsahu je rychlejší přístup než k vnější datové paměti
- jednoduše se pracuje s jejich obsahem
- jde o univerzální registry
Paměť dat typu RWM (Read Write Memory – paměť pro čtení a zápis) - do ní se ukládají rozsáhlejší nebo méně používaná data(čísla – operandy pro aritmetické a logické operace)
Zásobník – Stack- jde o paměť se zvláštním přístupem (jde o postupný (sekvenční) přístup k obsahu této paměti
Použití zásobníku:
- k dočasnému uložení obsahu důležitých registrů (např. střadače, registru příznaků… jejichž obsah by se během různých operací přepsal)
- k uložení návratových adres při volání podprogramů (včetně těch pro obsluhu přerušení)
Umístění zásobníku:
a) v běžné paměti dat - přístup k němu je přes registr nazvaný ukazatel zásobníku (Stack pointer – SP)
- číslo v ukazateli zásobníku určuje místo vrcholu zásobníku
- při ukládání do zásobníku se číslo v jeho ukazateli zvýší o jedničku
- při výběru informace ze zásobníku se zase sníží
b) v registrovém bloku- v procesoru jsou pro něj vyhrazeny speciální registry (určené pouze pro uchování obsahu čítače instrukcí a jeho pozdější obnovu)
- počet těchto registrů bývá mezi 2 a 8
- není tedy možné pracovat s přímo daty uloženými v zásobníku
Typy zásobníků podle pořadí vkládání a vybírání obsahu:
a) FIFO (First Input First Output)- co jako první vstoupí dovnitř, to jako první vyjde ven (číslo umístěné jako první v pořadí, bude také jako první získáno nazpět, vyňato, přesunuto pryč) - tato paměť se ale jako zásobník běžně nepoužívá
b) LIFO (Last Input First Output)- co jako poslední vstoupí dovnitř, to jako první vyjde ven (číslo umístěné jako poslední v pořadí, bude naopak jako první získáno nazpět (vyňato, přesunuto pryč) - tato paměť se je pro zásobník nejčastěji používána
Paměť typu LIFO a FIFO – porovnání
Obr. 2
Registry podsystémů mikropočítačezahrnují řídicí a pomocné registry pro složitější celky jednočipového mikropočítače.
Registry mohou být také označovány zkratkou SFR (speciální funkční registry)
K těmto celkům patří např.- čítač/časovač (Counter / Timer)- přerušovací podsystém (Interrupt System)- registry vstupů a výstupů (porty – brány)- regisry sériové komunikace- hlídací obvod typu Watchdog (WDT)- časový obvod – RTC – (Real Time Clock)
Kontrolní otázky
2. Jako pomyslné pravítko – ukazovátko v programu slouží:a) Čítač/časovačb) Čítač instrukcíc) Časovač typu WDT
1. Instrukce je v programu pro procesor zapsána jako:a) Zkratka z 1 až 4 písmenb) Kombinace písmene (písmen) a dvojkového číslac) Dvojkové n-bitové číslo
3. Informační bit, který slouží jako indikátor typu Platí – neplatí se nazývá:a) Příznakb) Návěstíc) Ukazatel zásobníku
Kontrolní otázky – správné odpovědí červeně
2. Jako pomyslné pravítko – ukazovátko v programu slouží:a) Čítač/časovačb) Čítač instrukcíc) Časovač typu WDT
1. Instrukce je v programu pro procesor zapsána jako:a) Zkratka z 1 až 4 písmenb) Kombinace písmene (písmen) a dvojkového číslac) Dvojkové n-bitové číslo
3. Informační bit, který slouží jako indikátor typu Platí – neplatí se nazývá:a) Příznakb) Návěstíc) Ukazatel zásobníku
Seznam obrázků:
Obr. 1: vlastní, Složení procesoru z hlediska systémových registrůObr. 2: vlastní, Paměť typu LIFO a FIFO - porovnání
Seznam použité literatury:
[1] Matoušek, D.: „Číslicová technika“, BEN, Praha, 2001, ISBN 80-7232-206-0
[2] Blatný, J., Krištoufek, K., Pokorný, Z., Kolenička, J.: „Číslicové počítače“, SNTL, Praha, 1982
[3] Kesl, J.: „Elektronika III – Číslicová technika“, BEN, Praha, 2003, ISBN 80-7300-075-X
Děkuji za pozornost
Top Related