Carry flag

Введение

Флаг процессора, указывающий, произошел ли неозначенный арифметический переполнение В компьютерных процессорах флаг переноса (обычно обозначенный как флаг C) представляет собой один бит в регистре состояния системы / регистре флага, используемом для указания того, когда арифметический перенос или заимствование были сгенерированы из наиболее значимой позиции бита арифметической логической единицы (ALU). Флаг переноса позволяет добавлять/вычитать числа, большее, чем ширина одного ALU, путем переноса (добавления) двоичной цифры от частичного сложения/вычитания до наименее значимой битовой позиции более значимого слова. Это обычно программируется пользователем процессора на уровне сборки или машинного кода, но также может происходить внутри некоторых процессоров, через цифровую логику или микрокод, где некоторые процессоры имеют более широкие регистры и арифметические инструкции, чем (комбинаторные или "физические") ALU. Он также используется для расширения битовых сдвигов и вращения аналогичным образом на многих процессорах (иногда это делается через выделенный флаг). Для вычитающих операций используются две (противоположные) конвенции, поскольку большинство машин устанавливают флаг переноса на заимствование, в то время как некоторые машины (например, 6502 и PIC) вместо этого перезагружают флаг переноса на заимствование (и наоборот).

Применение

На флаг переноса влияет результат большинства арифметических (и обычно нескольких битных) инструкций, а также используется в качестве ввода для многих из них. Некоторые из этих инструкций имеют две формы, которые либо читают, либо игнорируют ношение. В языках сборки эти инструкции представлены мнемониками, такими как ADD/SUB, ADC/SBC (ADD/SUB, включая перенос), SHL/SHR (битные сдвиги), ROL/ROR (битные вращения), RCR/RCL (переключение через перенос) и так далее. Использование флага переноса таким образом позволяет выполнять операции с добавлением, вычитанием, смещением и вращением нескольких слов. Примером может служить то, что происходит, если сложить 255 и 255 с помощью 8-битовых регистров. Результат должен быть 510, что является 9-битным значением 111111110 в двоичном. 8 наименее значимых битов, всегда хранящихся в регистре, будут 11111110 двоичными (254 десятичными), но поскольку выполняется выполнение бита 7 (восьми битов), выполнение устанавливается, указывая, что результату требуется 9 бит. Валидный 9-битовый результат - это конкатенция флага переноса с результатом. Для x86 ALU размером 8 бит, интерпретации дополнения 8 бит, операция прибавления 11111111 + 11111111 дает 111111110, набор Carry Flag, набор Sign Flag и Clear Overflow Flag. Если 11111111 представляет собой двухдополнительное целое число с подписью −1 (ADD al, 1), то интерпретация результата равна 2, потому что флаг переполнения ясен, а флаг переноса игнорируется. Знак результата отрицательный, потому что Знак флага установлен. 11111110 - это форма дополнения двух знаков -2. Если 11111111 представляет собой неподписанное целое двоичное число 255 (ADD al,255), то интерпретация результата будет 254, что не корректно, потому что самый значимый бит результата попал в флаг Carry, который, следовательно, не может быть проигнорирован. Флаг переполнения и флаг знака игнорируются. Другим примером может быть 8-битовый регистр с битовой структурой 01010101 и флагом переноса; если мы выполним инструкцию по вращению слева через флаг переноса, результатом будет 10101011 с флагом переноса, очищенным, потому что самый значимый бит (бит 7) был повернут в carry, в то время как carry был повернут в наименее значимый бит (бит 0). Ранние микропроцессоры Intel 4004 и Intel 8008 имели специальные инструкции для настройки и сброса флага переноса. Однако более поздние Intel 8080 (и Z80) не включали в себя явно сброшенный опкод переноса, поскольку это можно было сделать одинаково быстро через одну из битовых инструкций AND, OR или XOR (которые не используют флаг переноса). Флаг переноса также часто используется после инструкций по сравнению, которые обычно реализуются путем вычитания, чтобы можно было принять решение о том, какое из двух сравниваемых значений меньше (или больше или равно) другому. Инструкции по ветвям, которые исследуют флаг переноса, часто представлены мнемониками, такими как BCC и BCS, чтобы разветвиться, если перенос ясен, или разветвиться, если перенос установлен соответственно. При использовании таким образом флаг "перемещение" обеспечивает механизм для сравнения значений в виде неподписанных целых чисел. Это отличается от флага переполнения, который обеспечивает механизм для сравнения значений как значений целочисленных чисел.

The carry flag is affected by the result of most arithmetic (and typically several bit wise) instructions and is also used as an input to many of them. Several of these instructions have two forms which either read or ignore the carry. In assembly languages these instructions are represented by mnemonics such as ADD/SUB, ADC/SBC (ADD/SUB including carry), SHL/SHR (bit shifts), ROL/ROR (bit rotates), RCR/RCL (rotate through carry), and so on. The use of the carry flag in this manner enables multi word add, subtract, shift, and rotate operations. An example is what happens if one were to add 255 and 255 using 8 bit registers. The result should be 510 which is the 9 bit value 111111110 in binary. The 8 least significant bits always stored in the register would be 11111110 binary (254 decimal) but since there is carry out of bit 7 (the eight bit), the carry is set, indicating that the result needs 9 bits. The valid 9 bit result is the concatenation of the carry flag with the result. For x86 ALU size of 8 bits, an 8 bit two's complement interpretation, the addition operation 11111111 + 11111111 results in 111111110, Carry Flag set, Sign Flag set, and Overflow Flag clear. If 11111111 represents two's complement signed integer −1 (ADD al, 1), then the interpretation of the result is 2 because Overflow Flag is clear, and Carry Flag is ignored. The sign of the result is negative, because Sign Flag is set. 11111110 is the two's complement form of signed integer −2. If 11111111 represents unsigned integer binary number 255 (ADD al,255), then the interpretation of the result would be 254, which is not correct, because the most significant bit of the result went into the Carry Flag, which therefore cannot be ignored. The Overflow Flag and the Sign Flag are ignored. Another example may be an 8 bit register with the bit pattern 01010101 and the carry flag set; if we execute a rotate left through carry instruction, the result would be 10101011 with the carry flag cleared because the most significant bit (bit 7) was rotated into the carry while the carry was rotated into the least significant bit (bit 0). The early microprocessors Intel 4004 and Intel 8008 had specific instructions to set as well as reset the carry flag explicitly. However, the later Intel 8080 (and Z80) did not include an explicit reset carry opcode as this could be done equally fast via one of the bitwise AND, OR or XOR instructions (which do not use the carry flag). The carry flag is also often used following comparison instructions, which are typically implemented by subtractive operations, to allow a decision to be made about which of the two compared values is lower than (or greater or equal to) the other. Branch instructions which examine the carry flag are often represented by mnemonics such as BCC and BCS to branch if the carry is clear, or branch if the carry is set respectively. When used in this way the carry flag provides a mechanism for comparing the values as unsigned integers. This is in contrast to the overflow flag which provides a mechanism for comparing the values as signed integer values.