Регистр флагов
Регистр флагов — регистр процессора, отражающий текущее состояние процессора.
До процессора 80386 он был 16-битным и назывался FLAGS. Став 32-битным, он стал называться EFLAGS. В этом регистре каждый бит является флагом, то есть его установка в 0 или 1 управляет поведением процессора или сигнализирует о некотором событии. Флаги, расположенные в старшем слове регистра, относятся к управлению защищенным режимом, поэтому они будут рассмотрены на лекциях, а в лабораторных работах не пригодятся. Здесь же рассмотрим только регистр FLAGS (рис. 4):
Рис. 4. Регистр флагов FLAGS
CF — флаг переноса. Устанавливается в 1, если результат предыдущей операции не уместился в приемнике и произошел перенос из старшего бита или, если требуется заем (при вычитании), в противном случае — в 0. Например, после сложения слова 0FFFFh и 1, если регистр, в который надо поместить результат, - слово, в него будет записано 0000h и флаг CF = 1.
PF — флаг четности. Устанавливается в 1, если младший байт результата предыдущей команды содержит четное число битов, равных 1, или, иначе, устанавливается в 0.
AF — флаг полупереноса или вспомогательного переноса. Устанавливается в 1, если в результате предыдущей операции произошел перенос (заем) из третьего бита в четвертый. Этот флаг используется автоматически командами двоично-десятичной коррекции.
ZF — флаг нуля. Устанавливается в 1, если результат предыдущей команды — ноль.
SF — флаг знака. Он всегда равен старшему биту результата.
TF — флаг ловушки. Он был предусмотрен для работы отладчиков, не использующих защищенный режим. Установка его в 1 приводит к тому, что после выполнения каждой программной команды управление передается отладчику.
IF — флаг прерываний. Сброс этого флага в 0 приводит к тому, что процессор перестает обрабатывать прерывания от внешних устройств (см. описание команды INT). Обычно его сбрасывают на короткое время для выполнения критических участков кода.
DF — флаг направления. Он контролирует поведение команд обработки строк: когда он установлен в 1, строки обрабатываются в сторону уменьшения адресов, когда DF = 0 — наоборот.
OF — флаг переполнения. Устанавливается в 1, если результат предыдущей арифметической операции над числами со знаком выходит за допустимые для них пределы. Например, если при сложении двух положительных чисел
IOPL — показывает уровень приоритета ввода-вывода исполняемой программы или задачи: чтобы программа или задача могла выполнять инструкции ввода-вывода или менять флаг IF.
NT — этот флаг устанавливается, когда текущая задача «вложена» в другую, прерванную задачу, и сегмент состояния TSS текущей задачи обеспечивает обратную связь с TSS предыдущей задачи. Флаг NT проверяется инструкцией IRET для определения типа возврата — межзадачного или внутризадачного.
Регистры управления процессором
Р
егистры
управления и регистры состояния.
Используются в процессоре для контроля
над выполняемыми операциями; с их помощью
привилегированные программы операционной
системы могут контролировать ход
выполнения других программ.
Для разделения регистров на эти две категории не существует определенного признака. Например, на некоторых машинах оператор имеет возможность следить за состоянием программного счетчика, а на других — нет. Однако такое разделение удобно при дальнейшем рассмотрении.
Пять 32-битных регистров CR0 – CR4 управляют функционированием процессора и работой отдельных его внутренних блоков.
CR0: флаги управления системой
бит 31: бит PG — включает и выключает режим страничной адресации
бит 30: бит CD — запрещает заполнение кэша. При этом чтение из кэша все равно будет происходить
бит 29: бит NW — запрещает сквозную запись во внутренний кэш — данные, записываемые в кэш, не появляются на внешних выводах процессора
бит 18: бит AM — разрешает флагу АС включать режим, в котором невыровненные обращения к памяти на уровне привилегий 3 вызывают исключение #АС
бит 16: бит WP — запрещает запись в страницы, помеченные как только для чтения на всех уровнях привилегий (если WP = 0, защита распространяется только на уровень 3). Этот бит предназначен для реализации метода создания копии процесса, популярного в UNIX, в котором вся память нового процесса сначала полностью совпадает со старым, а затем, при попытке записи со стороны нового процесса, создается копия страницы, в которую произошла запись
бит 5: бит NE — включает режим, в котором ошибки FPU вызывают исключение #MF, а не IRQ13
бит 4: бит ЕТ — использовался только на 80386DX и указывал, что FPU присутствует
бит 3: бит TS — устанавливается процессором после переключения задачи. Если затем выполнить любую команду FPU, произойдет исключение #NM, обработчик которого может сохранить/восстановить состояние FPU, очистить этот бит командой CLTS и продолжить программу
бит 2: бит ЕМ — эмуляция сопроцессора. Каждая команда FPU вызывает исключение #NM
бит 1: бит МР — управляет тем, как исполняется команда WAIT. Должен быть установлен для совместимости с программами, написанными для 80286 и 80386 и использующими эту команду
бит 0: бит РЕ — если он равен 1, процессор находится в защищенном режиме
(остальные биты зарезервированы, и программы не должны изменять их значения)
CR1: зарезервирован
CR2: регистр адреса ошибки страницы
Когда происходит исключение #PF, из этого регистра можно прочитать линейный адрес, обращение к которому вызвало исключение.
CR3 (PDBR): регистр основной таблицы страниц
биты 31 – 11: 20 старших бит физического адреса начала каталога страниц, если бит РАЕ в CR4 равен нулю, или
биты 31 – 5: 27 старших бит физического адреса таблицы указателей на каталоги страниц, если бит РАЕ = 1
бит 4 (80486+): бит PCD (запрещение кэширования страниц) — этот бит запрещает загрузку текущей страницы в кэш-память (например, если произошло прерывание и система не хочет, чтобы обработчик прерывания вытеснил основную программу из кэша)
бит 3 (80486+): бит PWT (бит сквозной записи страниц) — управляет методом записи страниц во внешний кэш
CR4: этот регистр (появился только в процессорах Pentium) управляет новыми возможностями процессоров. Все эти возможности необязательно присутствуют, и их надо сначала проверять при помощи команды CPUID
бит 9: бит FSR — разрешает команды быстрого сохранения/восстановления состояния FPU/MMX FXSAVE и FXRSTOR (Pentium II)
бит 8: бит РМС — разрешает выполнение команды RDPMC для программ на всех уровнях привилегий (его PMC = 0, но только на уровне 0) (Pentium Pro и выше)
бит 7: бит PGE — разрешает глобальные страницы (бит 8 атрибута страницы), которые не удаляются из TLB при переключении задач и записи в CR3 (Pentium Pro и выше)
бит 6: бит МСЕ — разрешает исключение #МС
бит 5: бит РАЕ — включает 36-битное физическое адресное пространство (Pentium Pro и выше)
бит 4: бит PSE — включает режим адресации с 4-мегабайтными страницами
бит 3: бит DE — запрещает отладочные прерывания по обращению к портам
бит 2: бит TSD — запрещает выполнение команды RDTSC для всех программ, кроме программ, выполняющихся на уровне привилегий 0
бит 1: бит PVI — разрешает работу флага VIF в защищенном режиме, что может позволить некоторым программам, написанным для уровня привилегий 0, работать на более низких уровнях
бит 0: бит VME — включает расширения режима V86 — разрешает работу флага VIF для V86-приложений
Стек
Стек (англ. stack — стопка) — структура данных, в которой доступ к элементам организован по принципу LIFO (англ. last in — first out, «последним пришёл — первым вышел»). Чаще всего принцип работы стека сравнивают со стопкой тарелок: чтобы взять вторую сверху, нужно снять верхнюю.
Добавление элемента, называемое также проталкиванием (push), возможно только в вершину стека (добавленный элемент становится первым сверху). Удаление элемента, называемое также выталкиванием (pop), тоже возможно только из вершины стека, при этом второй сверху элемент становится верхним.
Стеки широко применяются в вычислительной технике. Например, для отслеживания точек возврата из подпрограмм используется стек вызовов, который является неотъемлемой частью архитектуры большинства современных процессоров. Языки программирования высокого уровня также используют стек вызовов для передачи параметров при вызове процедур.
Стек располагается в сегменте памяти, описываемом регистром SS, и текущее смещение вершины стека отражено в регистре ESP, причем во время записи значение этого смещения уменьшается, то есть он «растет вниз» от максимально возможного адреса.
