ЭВУ 2 семестр / Презентации ЭВУ в пдф / Мат сопроцессор 2

Lection №2

Программная модель FPU.

Исключения и интерфейс сопроцессора

назначения общего Регистры )Стек(

79	0	15		0
	ST(0)			CWR
	ST(1)			SWR
	ST(2)			TWR
	ST(3)	FPU
				FIP
	ST(4)
	ST(5)
				FDP
	ST(6)
	ST(7)

регистры Управляющие

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Программная модель FPU: регистры математического сопроцессора

Регистры данных R0-R7 организованы в стек

Номер регистра являющегося вершиной стека хранится в поле TOS

Операция Push:

Декрементирует поле TOS на 1 и помещает данные в регистр являющийся новой вершиной стека.

+

Операция Pop:

Записывает данные с вершины стека в память или регистр и инкрементирует указатель.

Эти инструкции адресуют регистры либо явно, либо не явно.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Неявная адресация,

Подразумевает операнд находящийся

в стеке

Программная модель FPU: адресация

Явная адресация,

Подразумевает указание смещения регистра

С каждым регистром

Относительно вершины стека(номера ST(i))

связано двухбитное

поле тегов,

предназначенное для

Регистры данных FPU

быстрого

У Pentium 4 внутренняя шина имеет

анализа состояния

(арифметический стек)

84 разряда для ускорения выполнения

регистра.

79

78

64

63

0

операций, НО в программной модели

Поля

Физические

регистра

номера

Знак

Порядок

Мантисса

Относительные

!важная внешняя логическая структура

номера(TOS=3)

тегов

0

0

Tag(0)

R(0)

ST(5)

ST(6)

!

0

1

R(1)

– при восстановлении их из образа регистров,

Tag(1)

ST(7)

R(2)

сохраненного в памяти, используется только

1

0

Tag(2)

ST(0)

информация «пустой»(11) или

R(3)

«непустой»(00,01,11)

Tag(3)

ST(1)

1

1

R(4)

Tag(4)

R(5)

ST(2)

R(6)

ST(3)

Tag(5)

Поля тегов объединены в

Tag(6)

ST(4)

R(7)

одно:

Tag(7)

Указатели, регистры состояния и управления

слово тегов TW (Tag Word)

TOS

15

13

11

0

Status Register

!

Значение тега для непустого

Control Register

регистра определяется по

Tag 7

Tag Word

Tag 0

фактическим данным.

00 – valid(наличие операнда в регистре)

Instruction Pointer

01 – zero(его нулевое значение)

10 – Special(специальное назначение)

Data Pointer

11 – Empty(регистр пустой)

OpCode

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Tags Word Register

15 14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0

Регистр стека:

00 – занят допустимым ненулевым значением

01 – содержит нулевое значение

10 – содержит одно из специальных числовых значений

11 – регистр пуст в него можно производить запись

Data Pointer Register Instruction Pointer Register

- для хранения адреса команды, вызвавшей исключительную ситуацию, и адреса её операнда.

Программная модель FPU: указатели, регистры состояния и управления

Биты С[0:3] определяют код условия(Condition Code), интерпретируемый в зависимости от выполненной инструкции(например,FCOMI, FCMOVEcc и т.д.)

Слово состояния(Status Word=Status register)

отображает общее состояние сопроцессора

	15	13	11 Status Register	0
			Control Register
	Tag 7		Tag Word	Tag 0
							Наличие
			Instruction Pointer				необслу-
							женного
			Data Pointer				запроса
							(Busy)
			OpCode

Управляющее слово CW (Control Word) служит для выбора параметров выполняемых операций

15

13

11

5

0

15 13 11 5 0

B

C

TOS

C

C

C

E

S

P

U

O

Z

D

I

3

2

1

0

S

F

E

E

E

E

E

E

Немаски-

Указатель

руемое

верхушки

исключе-

стека

ние

Эти биты

устанавливаются при

возникновении

исключений

Некорректная операция со стеком

(маскированного)

(переполнение сверху или снизу)

X

X

X

X

RC

PC

X

X

P

U

O

Z

D

I

M

M

M

M

M

M

Указывает способ

округления (Rounding

Control):

Задает точность

(Precision Control):

00 –к ближайшему

00 – 24 бит

Маскируют отдельные

значению;

(одинарная);

исключения

01 – по направлению к -∞;

10 – 53 бит

10 - по направлению к +∞;

11 – по направлению к 0.

(двойная);

11 – 64 бит

(расширенная);

Состояние 01 -

зарезервировано

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Программная модель FPU:

указатели, регистры состояния и управления

Status Register

В реальном режиме

Линейный адрес

Control Register

указателя

инструкции FPU(FPU

Tag 7

Tag Word

Tag 0

Указатели инструкции и данных

IP) и операнда

Instruction Pointer

FPU(FPU OP)

}

служат для сохранения адреса

Хранится

Data Pointer

выполняемой инструкции, а также

для хранения адреса операнда

OpCode

Селекторы

указателей

инструкций(FPU CS

В защищенном режиме

Selector и FPU OP

Хранится код последней

Selector) и их

смещения(FPU IP

исполнившейся

Offset и FPU OP

неуправляющей

Образы контекста FPU

инструкции, причем из

(состояние сопроцессора)

Offset)

двухбайтного кода

операции сохраняются

Protect Mode

только 11 младших

31

16 15

0

бит(пять старших бит

reserved

CW

всегда равны 11011,

31

16 15

0

этот код называют

reserved

SW

reserved

CW

«Escape»).

reserved

TW

reserved

SW

FPU IP OFFSET

reserved

TW

Real & Virtual

00000

OPCODE

FPU CS

reserved

FPU IP [15:0]

[10:0]

SELECTOR

Mode

0000

FPU IP [15:0]

0

OPCODE[10:0]

FPU IP OFFSET

reserved

FPU OP[15:0]

reserved

FPU OP

SELECTOR

0000

FPU IP [15:0]

000

000000000

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Исключения: определения и назначения

Исключения(exceptions)

Отказ(fault) – это		Ловушка(trap) – это		Аварийное завершение(abort) – это
исключение,		исключение, которое		исключение, которое не позволяет точно установить
которое обнаруживается и		обнаруживается и		инструкцию, его вызвавшую.
обслуживается ДО		обслуживается после
выполнения инструкции,		выполнения инструкции,
вызвавшей ошибку.		его вызвавшей.

После обслуживания этого исключения управление возвращается

снова на ту же		на инструкцию,
инструкцию, которая		следующую за
вызвала отказ.		вызвавшей ловушку.

Как программные прерывания

В системе виртуальной памяти, в частности Помогают подкачать с диска в

оперативную память Затребованную страницу или сегмент.

Для сообщения о серьезной ошибке, такой как аппаратная ошибка или повреждение системных таблиц

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Исключения: исключения сопроцессора

Флаг	Маска	Исключение
IE	IM	#I (Invalid Operation) –
		недействительная операция:
		извлечение данных из пустого
		регистра(0/0 или ∞-∞),
		извлечение чётного корня из
		отрицательного числа, операции
		с нечисловыми переменными и
		т.п. Если установление флаг SF,
		то исключение связано с
		переполнением стека сверху или
		снизу.
DE	DM	#D (Denormalized Operand) –
		денормализован хотя бы один
		операнд
ZE	ZM	#Z (Zero Divide) – деление на
		нуль ненулевого операнда
OE	OM	#O (Overflow) - переполнение
UE	UM	#U (Underflow) – потеря точности
		(исчезновение значащих
		разрядов)
PE	PM	#P (Precision) – результат не
		может быть точно представлен в
		заданном формате, при
		выполнении округления

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Исключения: исключения сопроцессора

Флаг Маска

При возникновении условия исключения устанавливается флаг данного исключения в регистре состояния и накапливаются там до явного сброса.

Подавлять генерацию исключений по различным классам условий (единичное значение бита маскирует исключение)

}

Незамаскированные исключения вызывают также установку общего флага ES и аппаратный сигнал ошибки на выходе сопроцессора. В то время как, возникновение замаскированного исключения только фиксируется в регистре состояния, не вызываю прерывания, а сопроцессор выполнит соответствующую данному типу внутреннюю процедуру обработки исключения.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich