Центральный процессор

Центральный процессор представляет из себя электронную схему, главное и единственное предназначение которой — выполнять элементарные действия из которых состоит программа.

Возможные действия определены фиксированным набором команд и задаются через код, т.е. каждой команде соответствует какое-либо число.

Устройство процессора

TODO.

Архитектуры процессоров:

• x86 и x86-64: наиболее популярны в классических компьютерах
• arm и arm64: наиболее популярны в телефонах, планшетах и т.п.
• riscv32 и riscv64: популярны в бытовой электронике

Архитектура x86-64

Процессор может работать в нескольких режимах с разными уровнями возможностей, но на практике используются только два: самый привилегированный использует операционная система, а в самом "простом" работают все остальные программы, по необходимости делая системные вызовы.

Система регистров

Все регистры можно условно разделить на регистры общего назначения, сегментные и специальные.

Сегментные регистры технические и на практике программе не требуется их изменять. Изменением значений этих регистров занимается операционная система.

Регистры общего назначения:

RAX – accumulator
RBX – base
RCX – counter
RDX – data

RSI – source index
RDI – destination index

RBP – base (frame) pointer
RSP – stack pointer

R8 - R15 – регистры, добавленные именно в x86-64; все предыдущие унаследованы от x86.

Ввиду обратной совместимости в каждом из вышеперечисленных регистров выделяются части: младшие 32 бита, 16 бит, первый и второй байт.

Для младших 32 бит буква R заменяется на E, младшие 16 бит обозначаются двумя буквами без R.

Названия регистров общего назначения

8 байт	Первые 4	Первые 2	Первый
rax	eax	ax	al
rbx	ebx	bx	bl
rcx	ecx	cx	cl
rdx	edx	dx	dl
rsi	esi	si	sil
rdi	edi	di	dil
rsp	esp	sp	spl
rbp	ebp	bp	bpl
ri	rid	riw	rib

i от 8 до 15.

Регистры специального назначения:

RIP (instruction pointer) — хранит адрес места в оперативной памяти, откуда процессору нужно взять следующую инструкцию на выполнение.

FLAGS (flag register) — регистр, каждый бит которого используется как флаг; некоторые флаги процессор выставляет сам в зависимости от результатов выполнения какой-либо инструкции, а некоторые устанавливаются явно через другие инструкции.

• ZF (zero flag) — устанавливается после выполнения арифметических операций и операций сравнения

• CF (carry flag) — флаг переноса; выставляется в единицу, если после арифметической операции над беззнаковыми числами результат не поместился в регистр, либо при вычитании вычитаемое оказалось больше уменьшаемое

• SF (sign flag) — устанавливается равным старшему биту результата (для знаковых чисел соответствует знаку числа)

• OF (overflow flag) — выставляется в единицу, если при работе со знаковыми числами произошло переполнение

Есть ещё много других флагов, но на практите они используются редко или их изменение доступно только в привилегированном режиме.