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