Набор регистров

Регистрами называются области высокоскоростной памяти, расположенные внутри процессора в непосредственной близости от его исполнительного ядра. Доступ к ним осуществляется несравнимо быстрее, чем к ячейкам оперативной памяти. Соответственно, машинные команды с операндами в регистрах выполняются максимально быстро, поэтому в программах на языке ассемблера регистры используются очень интенсивно. К сожалению, архитектура IA-32 предоставляет в распоряжение программиста не слишком много регистров, поэтому они являются критически важным ресурсом и за их содержимым приходится следить очень внимательно.

Большинство регистров имеют определенное функциональное назначение. С точки зрения программиста, их можно разделить на две большие группы.

Первую группу образуют пользовательские регистры, к которым относятся:

1. регистры общего назначения ЕАХ/АХ/АН/АЦEBX/BX/BH/BL, EDX/DX/DH/DL, ЕСХ/ CX/CH/CL, ЕВР/ВР, ESI/SI, EDI/DI, ESP/SP предназначены для хранения данных и адресов, программист может их использовать (с определенными ограничениями) для реализации своих алгоритмов;

2. сегментные регистры CS, DS, SS, ES, FS, GS используются для хранения адресов сегментов в памяти;

3. регистры сопроцессора ST(0), ST(1), ST(2), ST(3), ST(4), ST(5), ST(6), ST(7) предназначены для написания программ, использующих тип данных с плавающей точкой (глава 17);

4. целочисленные регистры MMX-расширения ММХО, MMXl, MMX2, ММХЗ, ММХ4, ММХ5, ММХб, ММХ7;

5. регистры MMX-расширения с плавающей точкой XMMO, XMMl, ХММ2, ХММЗ,. ХММ4,ХММ5,ХММб,ХММ7;

6. регистры состояния и управления (регистр флагов Е FLAGS/FLAGS и регистр-указатель команды EIP/IP) содержат информацию о состоянии процессора, исполняемой программы и позволяют изменить это состояние.

Во вторую группу входят системные регистры, то есть регистры, предназначенные для поддержания различных режимов работы, сервисных функций, а также регистры, специфичные для определенной модели процессора. Перечислим системные регистры, поддерживаемые IA-32:

· управляющие регистры CR0...CR4 определяют режим работы процессора и характеристики текущей исполняемой задачи;

· регистры управления памятью GDTR, IDTR, LDTR и TR используются в защищенном режиме работы процессора для локализации управляющих структур этого режима;

· отладочные регистры DR0...DR7 предназначены для мониторинга и управления различными аспектами отладки;

· регистры типов областей памяти MTRR используются для аппаратного управления кэшированием в целях назначения соответствующих свойств областям памяти; П машинно-зависимые регистры MSR используются для управления процессором, контроля за его производительностью, получения информации об ошибках. Почему в обозначениях многих из регистров общего назначения присутствует наклонная разделительная черта? Это не разные регистры – это части одного большого 32-разрядного регистра, но их можно использовать в программе как отдельные объекты. Зачем так сделано? Чтобы обеспечить работоспособность программ, написанных для прежних 16-разрядных моделей процессоров фирмы Intel начиная с i8086. Процессоры i486 и Pentium имеют в основном 32-разрядные регистры.

Их количество, за исключением сегментных регистров, такое же, как и у i8086, но размерность больше, что и отражено в обозначениях – они имеют приставку е(extended).

Многие из приведенных регистров предназначены для работы с определенными вычислительными подсистемами процессора: сопроцессором, MMX-расширениями. Поэтому их целесообразно рассматривать в соответствующем контексте. Так как первая часть учебника посвящена вопросам программирования целочисленной подсистемы процессора, то в данной главее описываются регистры, обеспечивающие ее функционирование. В дальнейшем при обсуждении новых вычислительных подсистем процессора будут рассмотрены и другие регистры из перечисленных ранее.