Операнд адрестерін өңдеуге арналған процессор тіркелгіші

Кіріспе

Оператор адрестерін өзгерту үшін қолданылатын CPU тіркелгіші. Компьютердің процессорындағы индекстік тіркелгіш – бағдарлама орындалған кезде оператор адрестерін көрсету үшін қолданылатын процессор тіркелгіші (немесе белгіленген жад орны). Ол тізбектер мен массивтер арқылы өтуге ыңғайлы. Сондай-ақ, оны циклдардың қайталануы мен сандарды сақтау үшін де пайдалануға болады. Кейбір архитектураларда жад блоктарын оқу/жазу үшін қолданылады. Архитектурасына қарай, ол арнайы индекстік тіркелгіш немесе жалпы мақсаттағы тіркелгіш болуы мүмкін. Кейбір командалар жиынтығы бірнеше индекстік тіркелгіштерді пайдалануға мүмкіндік береді; мұндай жағдайда қосымша команда өрістері қай индекстік тіркелгіштерді қолдану керектігін көрсете алады. Әдетте, индекстік тіркелгіштің мазмұны нақты деректердің (оператордың) "тиімді" адресін құру үшін тікелей адреске (команданың өзінің бір бөлігі болуы немесе басқа тіркелгіште сақталуы мүмкін) қосылады (кейбір жағдайларда одан кесіледі). Индекстік тіркелгішті тексеруге арналған арнайы командалар қарастырылған, және егер тексеру сәтсіз болса, индекстік тіркелгіш бірден тұрақты санға өсіріліп, әдетте циклдің басына тармақталады. Көп индекстік тіркелгіштерді анықтауға мүмкіндік беретін процессорлар әдетте мазмұндарын қосса, ал IBM компаниясының компьютерлерінде мазмұндары біріктірілген. Индекстік тіркелгіштер векторлық/массивтік операцияларды орындау үшін және коммерциялық деректерді өңдеуде жазбалардағы өрістер арасында навигация жасау үшін пайдалы болып көрінді. Екі жағдайдың да нәтижесінде индекстік тіркелгіштер пайдаланылған жад көлемін айтарлықтай азайтып, орындалу жылдамдығын арттырды.

Тарих

Ерте компьютерлерде тікелей емес адрестеудің қандай да бір түрі болмағандықтан, массив операцияларын орындау үшін нұсқаулық мекенжайын өзгерту қажет болды, бұл бірнеше қосымша бағдарламалық қадамдарды талап етті және компьютер жадының көп бөлігін пайдаланды, ол ерте дәуірдегі компьютерлік орналастыруларда (сондай-ақ екі онжылдықтан кейін алғашқы микрокомпьютерлерде) тапшы ресурс болды. Индекстік регистрлер, әдетте, алғашқы британдық компьютерлерде B сызықтары ретінде белгілі болды, кейбір машиналарда B регистрлері, ал басқаларында X регистрлері ретінде 1949 жылы британдық Манчестер Mark 1 компьютерінде алғаш рет қолданылды. Жалпы алғанда, индекстік регистрлер технологияның екінші буыны кезінде, шамамен 1954–1966 жылдары компьютерлердің стандартты бөлігіне айналды. IBM 700/7000 сериясындағы көптеген машиналарда олар болды, 1954 жылы IBM 704 бастап, бірақ IBM 650 және IBM 1401 сияқты кейбір кіші машиналарда олар қосымша опция болды. Индекстік регистрлері бар ертедегі «кіші машиналарға» 1960 жыл шамасындағы AN/USQ 17 және 1960 жылдардың басында Scientific Data Systems компаниясынан шыққан 9 сериялы нақты уақыт компьютерлері кірді. 1962 жылғы UNIVAC 1107 15 X регистріне ие болды, олардың төртеуі A регистрлері де болды. 1964 жылғы GE 635 8 арнайы X регистріне ие болды; алайда, ол нұсқаулық санағы арқылы немесе A немесе Q регистрінің жартысымен индекстеуге мүмкіндік берді. 1964 жылы ұсынылған Digital Equipment Corporation (DEC) PDP 6 және 1964 жылы жарияланған IBM System/360 арнайы индекстік регистрлерді қамтымады; оның орнына, олар сандық мәндер немесе мекенжайлар бола алатын жалпы мақсаттағы регистрлерге (PDP 6-да «аккумуляторлар» деп аталды) ие болды. PDP 6-да операндтың жад мекенжайы жалпы мақсаттағы регистрдің және 18 биттік ығыстырудың қосындысы болды, ал System/360-да екі жалпы мақсаттағы регистрдің және 12 биттік ығыстырудың қосындысы болды. PDP 6-ның PDP 10-ға сәйкес келетін мұрагерлері, IBM System/370 және System/360-ның кейінгі үйлесімді мұрагерлері, соның ішінде қазіргі z/Architecture, бірдей жұмыс істейді. 1969 жылғы Data General Nova және оның мұрагері Eclipse, сондай-ақ 1970 жылғы DEC PDP 11 мини-компьютерлері де Eclipse MV және VAX 32 биттік супермини-компьютерлерінің мұрагерлері сияқты жеке аккумуляторлар мен индекстік регистрлер емес, жалпы мақсаттағы регистрлерді (Nova және Eclipse-те «аккумуляторлар» деп аталды) ұсынды. PDP 11 және VAX-те операндтың жад мекенжайын есептеу кезінде кез келген регистрді пайдалануға болады; Nova, Eclipse және Eclipse MV-де тек 2 және 3 регистрлерді ғана пайдалануға болады. 1971 жылғы CDC STAR 100 256 64 биттік регистрлер тізіміне ие болды, олардың 9-ы сақталған. Көптеген компьютерлерден айырмашылығы, STAR 100 нұсқауларында тек регистрлік және операндтық өрістер болды, сондықтан регистрлер дәстүрлі индекстік регистрлерге қарағанда көрсеткіштер регистрлері ретінде көбірек қызмет етеді. 1972 жылы Intel 8008 тіркелім жұптары арқылы жанама адрестеуге мүмкіндік бергенімен, шын индекстік регистрі бар алғашқы микропроцессор 1974 жылы Motorola 6800 болды. 1975 жылы 8 биттік MOS Technology 6502 процессорында екі индекстік регистр «X» және «Y» болды. 1978 жылы Intel 8086, алғашқы x86 процессоры, «жалпы мақсаттағы» деп аталған сегіз 16 биттік регистрге ие болды, олардың барлығы көптеген операцияларда бүтін сандық деректер регистрлері ретінде пайдаланылуы мүмкін; олардың төртеуі, «SI» (көздік индекс), «DI» (мақсаттық индекс), «BX» (негізгі) және «BP» (негізгі көрсеткіш), сондай-ақ операндтың жад мекенжайын есептеу кезінде пайдаланылуы мүмкін, бұл осы регистрлердің бірі мен ығыстырудың қосындысы немесе «BX» немесе «BP», «SI» немесе «DI» және ығыстырудың қосындысы болды. 1979 жылғы Intel 8088 және 16 биттік Intel 80186, Intel 80188 және Intel 80286 ұрпақтары да сол сияқты жұмыс істеді. 1985 жылы i386, осы процессорлардың 32 биттік мұрагері, x86 архитектурасының IA 32 32 биттік нұсқасын ұсынды, сегіз 16 биттік регистрлерді 32 битке дейін кеңейтті, регистр атауының басына «E» әрпін қосты. IA 32-де операндтың жад мекенжайы сол сегіз регистрдің бірі, сол жеті регистрдің бірі (стек көрсеткіші екінші регистр ретінде рұқсат етілмейді) 1, 2, 4 немесе 8 еселенген және ығыстырудың қосындысы болды. 2003 жылы шыққан Advanced Micro Devices Opteron, x86 64 нұсқасын ұсынды, x86 64 нұсқасында жалпы мақсаттағы регистрлер 64 битке дейін кеңейтілді және тағы сегіз қосымша жалпы мақсаттағы регистрлер қосылды; операндтың жад мекенжайы - осы 16 регистрдің екеуінің қосындысы және ығыстыру. ARM архитектурасының 64 биттік нұсқасында 31 64 биттік жалпы мақсаттағы регистрлер, сонымен қатар стек-көрсеткіші және нөлдік регистр бар; жүктеу немесе сақтау нұсқаулығының жад мекенжайы 31 регистрдің кез келгенінің қосындысы және ығыстыру немесе басқа регистрдің қосындысы болды.

In early computers without any form of indirect addressing, array operations had to be performed by modifying the instruction address, which required several additional program steps and used up more computer memory, a scarce resource in computer installations of the early era (as well as in early microcomputers two decades later). Index registers, commonly known as B lines in early British computers, as B registers on some machines and a X registers on others, were first used in the British Manchester Mark 1 computer, in 1949. In general, index registers became a standard part of computers during the technology's second generation, roughly 1954–1966. Most machines in the IBM 700/7000 mainframe series had them, starting with the IBM 704 in 1954, though they were optional on some smaller machines such as the IBM 650 and IBM 1401. Early "small machines" with index registers include the AN/USQ 17, around 1960, and the 9 series of real time computers from Scientific Data Systems, from the early 1960s. The 1962 UNIVAC 1107 has 15 X registers, four of which were also A registers. The 1964 GE 635 has 8 dedicated X registers; however, it also allows indexing by the instruction counter or by either half of the A or Q register. The Digital Equipment Corporation (DEC) PDP 6, introduced in 1964, and the IBM System/360, announced in 1964, do not include dedicated index registers; instead, they have general purpose registers (called "accumulators" in the PDP 6) that can contain either numerical values or addresses. The memory address of an operand is, in the PDP 6, the sum of the contents of a general purpose register and an 18 bit offset and, on the System/360, the sum of the contents of two general purpose registers and a 12 bit offset. The compatible PDP 10 line of successors to the PDP 6, and the IBM System/370 and later compatible successors to the System/360, including the current z/Architecture, work in the same fashion. The 1969 Data General Nova and successor Eclipse, and 1970 DEC PDP 11, minicomputers also provided general purpose registers (called "accumulators" in the Nova and Eclipse), rather than separate accumulators and index registers, as did their Eclipse MV and VAX 32 bit superminicomputer successors. In the PDP 11 and VAX, any register could be used when calculating the memory address of an operand; in the Nova, Eclipse, and Eclipse MV, only registers 2 and 3 could be used. The 1971 CDC STAR 100 has a register file of 256 64 bit registers, 9 of which are reserved. Unlike most computers, the STAR 100 instructions only have register fields and operand fields, so the registers serve more as pointer registers than as traditional index registers. While the 1972 Intel 8008 allowed indirect addressing via register pairs, the first microprocessor with a true index register appears to have been the 1974 Motorola 6800. In 1975, the 8 bit MOS Technology 6502 processor had two index registers 'X' and 'Y'. In 1978, the Intel 8086, the first x86 processor, had eight 16 bit registers, referred to as "general purpose", all of which can be used as integer data registers in most operations; four of them, 'SI' (source index), 'DI' (destination index), 'BX' (base), and 'BP' (base pointer), can also be used when computing the memory address of an operand, which is the sum of one of those registers and a displacement, or the sum of one of 'BX' or 'BP", one of 'SI' or 'DI', and a displacement. The 1979 Intel 8088, and the 16 bit Intel 80186, Intel 80188, and Intel 80286 successors work the same. In 1985, the i386, a 32 bit successor to those processors, introducing the IA 32 32 bit version of the x86 architecture, extended the eight 16 bit registers to 32 bits, with "E" added to the beginning of the register name; in IA 32, the memory address of an operand is the sum of one of those eight registers, one of seven of those registers (the stack pointer is not allowed as the second register here) multiplied by 1, 2, 4, or 8, and a displacement. The Advanced Micro Devices Opteron, the first model of which was released in 2003, introduced x86 64, the 64 bit version of the x86 instruction set; in x86 64, the general purpose registers were extended to 64 bits, and eight additional general purpose registers were added; the memory address of an operand is the sum of two of those 16 registers and a displacement. In the 64 bit version of the ARM architecture, there are 31 64 bit general purpose registers plus a stack pointer and a zero register; the memory address of a load or store instruction is the sum of any of the 31 registers and either a displacement or another of the registers.