2.1.3. Регистры процессора

Кроме регистров АЛУ и УУ, в микропроцессоре есть много других регистров. Большинство из них – внутренние, они недоступны программисту. Однако есть несколько регистров, специально предназначенных для использования программным обеспечением. Их часто называют регистрами общего назначения (РОН), подчеркивая тем самым уни- версальность их функций. В РОН могут храниться не только сами данные (числа, коды символов и т.д.), но и адреса ячеек памяти, где эти данные находятся. Например, если тре- буется обработать последовательные ячейки памяти, то к содержимому такого регистра нужно каждый раз прибавлять размер ячейки.

Количество регистров и их устройство в разных процессорах отличается друг от друга. Например, в процессорах семейства Intel имеется небольшой набор 64-разрядных

РОН. Ради обеспечения программной совместимости со старыми (32- и 16-разрядными)

_{процессорами, эти РОН имеют вложенную структуру, напоминающую матрешку:}

^{63 32 31 16 15 8 7 0}

AH AL

_RAX

_EAX ^AX

На рисунке показана структура 64-разрядного регистра RAX. Его младшие 32 бита (с нулевого по 31-й) образуют регистр EAX для 32-разрядных вычислений. К младшим 16 битам EAX (0-15), в свою очередь, можно также обращаться как к самостоятельному ре- гистру AX. Наконец, биты 0-7 и 8-15 образуют два 8-разрядных регистра AH и AL. Отчет- ливо видно, что наращивание разрядности процессоров семейства Intel происходило по- степенно. Такая структура регистров обеспечивает совместимость с предыдущими моде- лями и позволяет процессору легко обрабатывать 8-, 16-, 32- и 64-разрядные данные.

Кроме рассмотренного выше регистра RAX, в процессорах Intel имеются также ана- логичным образом устроенные регистры RBX, RCX и RDX, а также некоторые другие. Это регистры неравноценны, по справочникам можно определить, как и с каким регист- ром работает та или иная команда.

2.1.4. Основные характеристики процессора

Как вы уже знаете, для организации выполнения команд в компьютере есть генера- тор импульсов, каждый из которых «запускает» очередной такт машинной команды. Оче- видно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполняться операция. Следовательно, тактовая частота, измеряемая количеством тактовых им- пульсов в секунду, может быть характеристикой быстродействия процессора.

Тактовая частота – количество тактовых импульсов за одну секунду.

В настоящее время тактовая частота измеряется в гигагерцах, т.е. в миллиардах (10⁹) импульсов за секунду. Эту частоту нельзя установить сколь угодно высокой, поскольку процессор может просто не успеть выполнить действие очередного такта до прихода сле- дующего импульса.

Нужно понимать, что использовать тактовую частоту для сравнения быстродействия процессоров можно только в том случае, если оба процессора устроены одинаково. На- пример, если какая-то команда в одном из процессоров выполняется за два такта, а в дру- гом – за три, то при равенстве частот первый будет работать в полтора раза быстрее.

Приближенно можно считать, что процессор выполняет за один такт одну простую команду (типа пересылки регистр-регистр). Тогда при тактовой частоте 4 ГГц за 1 сек вы- полняется около 4 миллиардов таких операций. Это примерная оценка, потому что при конвейерном методе скорость выполнения команд сильно зависит от множества факторов, например, от порядка следования команд в программе.

Другая характеристика, позволяющая судить о производительности процессора, –

это его разрядность.

Разрядность – это максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обрабатывать за одну команду.

Чаще всего разрядность определяют как размер регистров процессора в битах.

Однако, важны также разрядности шины данных и шины адреса, которые поддержи- вает процессор. Разрядность шины данных – это максимальное количество бит, которое может быть считано за одно обращение к памяти. Разрядность шины адреса – это количе- ство адресных линий; она определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Этот объем памяти часто называют величиной адресного пространства^{, он вычисляется по формуле 2R , где} R ^{– количество разрядов шины адреса.} Все три разрядности могут не совпадать. Так, у процессора Pentium II были 32-

разрядные регистры, разрядность шины данных – 64 бита, а шины адреса – 36 бит.