Bộ xử lý Intel 80486

d 80486SX without FPU. The Intel 80486 was produced at speeds up to 100 MHz. AMD produced even faster 120 and 133 MHz versions of the 80486. Kết quả tối ưu cấu trúc tập lệnh trong sự kiện thực thi của bọ xử lý .sự khác nhau giữa các bản của 80486 có 2 bản thông dụng của 80486 là 80486DX đươc tích hợp FPU và 80486SX không tính hợp FPU .Intel 80486 là sản phẩm chạy ở tốc đọ 100MHZ còn AMD chì chạy nhanh hơn 120-133MHZ. Intel i486 (cũng được gọi là 486 or 80486) là bộ xử lý kiểu Intel CISC nó là 1 thành viên của gia đình bộ xử lý Intel X86. Bộ xử lý trước của i486 là Intel 80386 và sau là bộ xử lý Intel PentumNhìn vào phần mềm thì cấu trúc lệnh của các bộ xử lý i486 thì rất giống với bộ xử lý trước dó nhưng được thêm một vài lệnh mở rộng mới.Nhìn vào phần cứng ta thấy i486 được cải tiến rất nhiều .nó có lệnh thống nhất trên 1 con chip và bộ nhớ Cache dữ liệu ,khối FPU trên 1 con chip (chỉ đời DX ) và đơn vi giao tiếp BÚ cao cấp hơn.nhân của bộ xử lý có thể duy trì việc chạy tốc độ của 1 lệnh bằng 1 chu kỳ đồng hồ .Những cải tiến này cung cấp 1 tốc độ gấp đôi trong việc thực thi lệnh so với 80486 cùng 1 tốc độ đồng hồ.tuy nhiên thì có 1 vài kiểu thì chạy chậm hơn . Intel 80486SX - a i486DX với đời này thì FPU disabled, mặc dù là đời sớm nhất nhưng mà FPU thì lai có nhiều khuyết điểm.trong bản này thì FPU được rời từ die tới vùng giảm vig thế có thể giảm được giá thành Intel 80486DX – cũng giống như kiểu trên chúng có FPU Intel 80486DX2 - tốc độ đồng hồ trong thì chay nhanh gấp đôi tốc dộ đồng hồ của bus ngoài. Intel 80486SX2 –cũng giống như i486DX2, nhưng với FPU disabled. Intel 80486SL - i486SX cơ chế tiết kiệm năng lượng .vì thế chúng được dùng cho các máy portable computers. Intel 80486SL-NM Intel 80487 Intel 80486 OverDrive - i486SX, i486SX2, i486DX2 or i486DX4. là bản nâng cấp . Intel 80486DX4 – chúng được thiết kế để chạy ở tộc độ đồng hồ gấp Tốc độ đồng hồ trong bao gồm 16, 20, 25, 33, 40, 50, 66, 75 và 100 MHz, 486DX2 66 MHz là phổ biến nhất,trong khi OverDrive và DX4 thì được sử dụng ít hơn tiếp theo đó thì Pentium cũng được sử dụng rộng rãi. Bộ xử lý 486 tương ứng được cung cấp bởi các công ty IBM, Texas Instruments, AMD, Cyrix, Chips và Technologies. II.Cấu trúc của FPU. 1.2. REAL NUMBERS AND FLOATING-POINT FORMATS Trong đoạn này ta sẽ miêu tả cách biiêủ diễn số thực trong định dạng dấu phẩy động trong IA FPU Nó cũng giới thiệu số thực bình thường , không bình thường ,số mũ cơ bản, Signed Zeros, NaNs. Chương trình đọc sẽ nhận ra chúng với các công nghệ xử lý dấu phẩy động .nó được quy định trong chuẩn IEEE 1.2.1. Real Number System Hình 7-1 chỉ ra hệ thống số thực bao gồm cái continuum của số thực từ âm vô cùng đến cộng vô cùng. Do cỡ và số lượng thanh ghi của máy tính là có giới hạn ,chỉ những tập hợp con của của continuum số thực có thể sử dụng trong việc tính toán số thực .tập hợp con của số thực là một dạng cụ thể của FPU hỗ trợ việc biểu diễn một hệ thống số thực xấp xỉ . độ chính xác của tập hợp số thực này thì được quy địng trước by the format that the FPU uses to represent real numbers. 1.2.2. Floating-Point Format để tăng tốc độ và năng suất của việc tính toán số thực , Máy tính hay là FPU cụ thể sẽ biểu diễn chúng trong định dạng dấu phẩy động nhị phân .trong định dạng này thì số thực chia thành 3 phần đó là : dấu, a significand và 1 phần mũ .(hình 7.2 ) dấu là một giá trị nhị phân nó chỉ ra số thực là số dương(0) hay số âm (1) The significand có 2 phần đó là 1 số nguyên của 1 bít nhị phân và một phân số . J bit này thường không dùng để biểu diễn mà thay vào đó là 1 giá trị mặc nhiên.phần mũ là 1 số lượng nguyên bít nhị phân nó biểu diễn được luỹ thừa 2 của 2 điều đó làm cho significand cũng tăng lên .(trong bảng 7-1 chỉ ra có 178.125(trong chuẩn cơ số 10) được lưu trữ trong định dạng dấu phẩy động . 1.2.2.1. NORMALIZED NUMBERS Trong hầu hết các trường hợp thì FPU biêu diễn số thự trong định dạng thông thường . điều đó có nghĩa là ngoại trừ signed Zeros ra thì significand luôn được tạo lên bởi 1 số thực và theo sau là phân số: 1.fff…ff Các giá trị thấp hơn 1 thì số 0 ở phía trước được loại bỏ (mỗi số 0 được loại đi thì phần mũ tăng lên 1) việc biểu diễn số trong định dạng thường thì số lượng lớn nhất của con số ý nghĩa mà có thể cung cấp trong một significand có 1 độ rộng xác định . Để mà tính toán một số thực bình thường bao gồm một significand bình thường thì biểu diễn số thực giữa 1 và 2 và 1 phần mũ thì chỉ ra độ tăng nhị phân của số. 1.2.2.2. BIASED EXPONENT FPu biểu diễn số mũ trong một dịnh dạng cơ bản.có nghĩa là nó là 1 cái bất biến được thêm vào số mũ thực vì thế mà số mũ luôn luôn là 1 so dương.giá trị của nó có xu hướng cố định phụ thuộc vào số lượng bít dung để biểu diễn số mũ trong định dạng dấu phẩy động được sử dụng .xu hứớng cố định thì được lựa chọn sao cho số bình thường nhỏ nhất có thể thay đổi được mà không bị overflow. 1.2.3. Real Number and Non-number Encodings sự khác nhau của số thực và giá trị đặc biệt có thể được mã hoá trong định dáng dấu phẩy động. Những số này và gía trị nói chung tách biệt nhau trong các lớp sau: • Signed zeros. • Denormalized finite numbers. • Normalized finite numbers. • Signed infinities. • NaNs. • Indefinite numbers. (The term NaN stands for “Not a Number.”) Hình 7-3 cho chúng ta biết việc mã hoá các số này và những số không khít trong continuum số thực .việc mã hoá chỉ ra ở đây dành cho chuẩn IEEE chính xác đơn (32-bit) ở đó thì quy định “s” chỉ ra dấu ,”E” là sơ số mũ(“E” the biased exponent) Và “F”là phần mũ (giá trị số mũ đực xác định trong hệ cơ số 10) FPU có thể thao tác trên việc trả lại là and/ỏ của bất giá trị nào ,sự phụ thuộc vào cách thức tính toán đang được thực hiện . 1.2.3.1. SIGNED ZEROS số 0 có thể được biểu diễn như là +0 hoặc -0 ,phụ thuộc vào bít dấu .cả 2 cach mã hoá là tương đương nhau trong giá trị .kết quả dấu của số 0 phụ thuộc vào các thao táv đang được thực thi và chế độ làm tròn được sử dụng .signed zeros cung cấp sự giúp đỡ trong việc tính toán khoảng thời gian giữa 2 sự thi hành.dấu của số 0 có thể chỉ rõ 1 cách trực tiếp từ việc underflow xảy ra , hoặc nó cũng có thể chỉ ra dấu của vô cùng mà được trả lại . 1.2.3.2. NORMALIZED AND DENORMALIZED FINITE NUMBERS số giới hạn được chia ra làm 2 lớp là bình thường và không bình thường.số giới hạn bình thường gồm có tất cả các giá trị khác không ,có giới hạn từ đó có thể mã hoá trong các định dạng số thực giữa 0 và vô cùng .trong định dạng số thực đơn chỉ ra trong hình 7-3 đây là nhóm số bao gồm tất cả các số với các biased Exponents từ 1 tới 25410(còn dạng unbiased thì khoảng số mũ là từ -12610 tới +12710) Non-zero, finite numbers are divided into two classes: normalized and denormalized. The normalized finite numbers comprise all the non-zero finite values that can be encoded in a normalized real number format between zero and ¥. In the single-real format shown in Figure 7-3, this group of numbers includes all the numbers with biased exponents ranging from 1 to 25410 (unbiased, the exponent range is from -12610 to +12710). Khi số thực trở lên xoay quanh số 0 ,thì định dạng số thực bình thường có thể không dài hơn những số dung dể biểu diễn , đó là bởi vì cái khoảng số muc thig không đủ rộng để bù lại When real numbers become very close to zero, the normalized-number format can no longer be sự dịch chuyển của giá trị nhị phân compensate for shifting the binary point to the right to eliminate leading zeros. để mà loại chính xác số 0 ở đầu. Khi mà biased Exponent là 0 ,những số nhỏ chỉ có thể biểu diễn bằng cách tạo ra các bit nguyên (có thể các bit dầu khác) của sigificand zero.những số này trong khoảng nói trên được gọi là số không bình thường (hoặc rất nhỏ) việc sử dụng số 0 ở đầu với các số không bìng thường cho phép ta biểu diễn các số nhỏ hơn . tuy nhiên thì những số không bình thường này là nguyên nhân gây ra việc mất đi tính chính xác (số bít ý nghĩa trong phần phân số được giảm đi bằng các số 0 ở đầu ) Khi thực hiện việc tính toán dấu chấm động không bình thường ,1 con FPU bình thường thao tác trong các số bình thường và đưa ra kết quả là 1 số bình thường .số không bình thường biểu diễn 1 điều kiện underflow. 1 số không bình thường được tính toán thong qua công nghệ gọi là uunderflow từ từ .(bảng 7-2) ở đây định dạng số thực đơn thì được sử dụng vì thế mà số mũ nhỏ nhất (unbiased) là -12610 kết qủa chính xác trong vd này đòi hỏi một số mũ -12910 trong lệnh mà có 1 số bình thường ,khi đó -12910 nằm ngoài phạm vi mà số mũ cho phép,kết quả không bình thường có được bằng cách thêm vào số 0 ở đầu đến khi nào mà sỗ mũ là nhỏ nhất đến - 12910 Trong trường hợp tốt nhất thì tất cả các bit có nghĩa đều được thay đổi 1 cách chính xác các số 0 ở đầu, nó sẽ tạo ra một kết quả là 0. khối FPU xử lý với giá trị hệ đếm cơ số 10 theo các cách sau: • Nó không cho phép việc tạo ra 1 cách không bình thường bằng cách bình thường hoá các số bất cứ lúc nào có thể. •Nó cung cấp các ngoại lệ underlow dấu chấm động để mà cho phép người lập trình kiểm tra các trường hợp khi mà các việc không bình thường được tạo ra. •Nó cũng cung cấp các toán hạng ngoại lệ không bình thường dấu chấm động để mà cho phép các thủ tục chương trình kiểm tra khi mà các việc không bình thường được sử dụng như là toán hạng nguồn dành cho việc tính toán .khi một số không bình thường ở định dạng số thực đơn hoăc kép được sử dụng như là toán hạng nguồn và những ngoại lệ không bình thường này bị che giấu đi,FPU sẽ tự động bình thường hoá các số khi mà nó chuyển các định dạng số thực mở rộng 1.2.3.3. SIGNED INFINITIES Có 2 vô cùng là âm vô cùng và dương vô cùng dung để biểu diễn số thực âm nhỏ nhất và số thực dương lớn nhất,vì thế mà có thể biểu diễn trong định dạng dấu chấm động .vô cùng luôn được biểu diễn bởi một zerosignificand( phấn số và bít số nguyên) và biased exponent cho phép chỉ ra định dạng (vd: 25510 ch định dạng số thực đơn ) dấu của vô cùng là đối tượng và có thể dung để so sánh .Vô cùng luôn là được chỉ rõ có nghĩa là âm vô cùng thì nhỏ hơn bất kỳ số thực cụ thể nào còn dương vô cùng thì luôn là lớn nhất .việc (tính toán trên vô cùng luôn là chính xác) .ngoại lệ này chỉ sinh ra khi mà việc sử dụng một số vô cùng như là 1 toán hạng nguồn tạo thành một thao tác không hợp lệ khi mà số không bình thường biểu diễn một điều kiện underflow, 2 số vô cùng biểu diễn kết quả của 1 điều kiện overflow . Đây là kết qủa được bình thường hoá của 1 phép toán có một biased exponent lớn hơn số mũ cho phép lớn nhất dung cho dạng kết quả . 1.2.3.4. NANS Khi mà NaNs khônglà số ,chúng không là phần nào của trục số thực (hình 1-3) .Việc mã hoá khoảng trống cho NáN trong dấu phẩy động được chỉ ra ở phần cuối phía trên trục số thực . đây là khoảng trống cho bất kỳ giá trị nào với giá trị lớn nhất cho phép biased exponent và a non-zero fraction .( bit dấu thì bị bỏ qua khi dung Nans) chuẩn IEEE định nghĩa 2 lớp cho NaNs : là quite NaNs(QNaNs) và signaling NaNs.một QNaN là 1 NaN với hầu hết các bit phân số có nghĩa được thiết lập và SNaN là 1 NaN với hầu hết các bit phân số có nghĩa được xoá bỏ .QNaNs thì cho phép tự sinh ra thong qua hầu hết các thao tác toán học mà trong đó signaling là 1 ngoại lệ .SNaNs nói chung thì tín hiệu là một ngoại lệ thao tác không hợp lệ ,bất cứ lúc nào chúng hiển thị như là toán hạng trong các tháo tác toán học 1.2.4. Indefinite Cho mỗi kiểu dữ liệu FPU ,thì 1có 1 phép mã hoá duy nhất dung để biểu diễn các vô cùng giá trị đặc biệtcho ,vd :khi thao tác trên giá trị số thực .thì giá t rị số thực vô cùng là 1 QNaN,FPU tạo ra giá trị vô cùng khi mà trả lời cho ngoại lệ dấu phẩy động che giấu. 1.3. FPU ARCHITECTURE Từ 1 kiến trúc khái niệm trừu tượng ,FPU là một bộ đồng xử lý mà các thao tác thực hiện song song với đơn xử lý số nguyên (1-4) FPU có các lệnh của nó cũng giống như các lệnh giải mã và thực hiện tuàn tự như là đơn vị số nguyên và chia sẻ bus hệ thống với đơn vị đièu khiển số nguyên ngoài ra thì đơn vị số nguyên và FPU thao tác độc lập nhau và thực hiện song song ( vi kiến trúc hiện tại của bộ xử lý IA có xự khác nhau giữa các họ khác nhau của bộ xử lý.cho vd là: bộ xử lý Pentium pro có 2 khối xử lý số nguyên và có 2 Khối FPU(hình1-9) Nhưng ngược lại thì bộ xử lý Pentium thì có 2 khối xử lý số nguyên và 1 con FPU và bộ xử lý intel486 thì có 1 khối xử lý số nguyên và 1 FPU những lệnh thực thi trong môi trường của FPU (1-5 ) bao gồm 8 thanh ghi dữ liệu ( gọi là thanh ghi dữ liệu FPU) và sau đây là những thanh ghi phục vụ cho những mục đích đặc biệt •Thanh ghi trạng thái • Thanh ghi điều khiển • Thanh ghi từ gắn thẻ • Thanh ghi con trỏ lệnh •Thanh ghi toán hang trước ( com trỏ dữ liệu ) • Thanh ghi Opcode những thanh ghi này được miêu tả trong phần tiếp theo. 1.3.1. FPU Data Registers Thanh ghi dữ liệu (hình 1-5) gồm 8 thanh ghi 80bit.giá trị đươ lưu trong nhưng thanh ghi này ở dạng số thực mở rộng (hinh 1-11) .khi giá trị là số thực ,số nguyên ,packed BCD integer,(tron bất kỳ định dạng nào được chỉ ra ở hình 1-11) được nạp từ bộ nhơ chính vào trong bất kỳ thang ghi dữ liệu nào cùa FPU lúc đó thì giá trị của nó tự động được thay đổi thành dạng số thực mở rộng(nếu chúng không ở dạng này) khi tính toán kết quả được sau đó được chuyển vào trong bộ nhớ chính từ thanh ghi dữ liệu kết quả có thể chuyển thành dạng số thực mở rộng hoặc chuyển thành 1 trong các định dạng khác của FPU Những tập lệnh của FPU sẽ xửlý 8 thanh ghi dữ liệu như là 1 ngăn xếp các thanh ghi(hình1-6) tất cả địa chỉ của các thanh ghi dữ liềuj thì đều có quan hệ với thanh ghi ở trên đỉnh của stack.số lượng thanh ghi ở đỉnh stack hiện tại được lưu trư trong trường TOP(stack TOP) trong từ trạng thái của FPU.khi có 1 thao tác nạp thì TOP giảm đi 1 và nạp 1 giá trị vào trong thanh ghi ở đỉnh mới của stack,và thao tác lưu trữ sẽ lưu trữ giá trị từ thanh ghi từ thanh ghi TOP hiện tại vào trong bộ nhớ và sau đó tăng TOP lên 1 (trong FPU thì thao tác nạp tương đương thao tác PUSH và thao tác lưu trữ tương đương thao tác POP) If a load operation is performed when TOP is at 0, register wraparound occurs and the new value of TOP is set to 1. The floating-point stack-overflow exception indicates when wraparound might cause an unsaved value to be overwritten (refer to Section 1.8.1.1., “Stack Overflow or Underflow Exception (#IS)”). nếu như một thao tác nạp được thực hiện thì khi đó TOP =0,xuẩt hiện Wraparound thanh ghi và giá trị mới của TOP được thiết lập tới 1.ngăn xếp dấu chấm động ngoại lệ chỉ ra khi nào thì Wraparound có thể gây ra việc không lưu trữ giá trị để mà bỏ qua thủ tục ghi Rấ nhiều lệnh dấu chấm động có một vài chế độ địa chỉ hóa mà cho phép người lập trình thao tác hoàn toàn trên đỉnh của stack hoăc thao tác cụ thể trên các thanh ghi cụ thể mà có quan hệ với TOP. Assemblers hỗ trợ những chế độ địa chỉ hoá thanh ghi ,việc sử dụng biểu thức ST(0) hoặc đơn giản chỉ là ST, để biểu diễn đỉnh stack hiện tại và ST(i) dung để chỉ rõ thanh ghi thứ I kể từ TOP trong stack (0≤i≤1) cho vd là: nếu như TOP chứa 011B ( thanh ghi thứ 3 là ở đỉnh của stack) Những lệnh sau sẽ thêm nội dung của 2 thanh ghi trong stack(thanh ghi 3 và 5) FADD ST, ST(2); Hình 1-1 chỉ ra 1 vd làm thế nào mà cấu trúc thanh ghi của FPU và những lệnh được đặc trưng việc thi hành1 chuỗi phép toán . ở đây có 2 dimensonal dot product được tinh toán như sau: 1.Lệnh đầu tiên (FLD value1) tăng thanh gi con trỏ ngăn xếp (TOP) và nạp một giá trị 5.6 vào từ bộ nhớ vào ST(0) kết quả của thao tác này điơcj chỉ ra hình (a). 2. . Lệnh thứ 2 nhân giá trị trong ST(0) với 2.4 từ bộ nhớ và lưu trữ kết quả trong ST(0) hình (B). 3. The third instruction decrements TOP and loads the value 3.8 in ST(0).Lệnh thứ 3 tăng TOP lên và nạp giá trị 3.8 vào ST(0) 4.Lênh thứ 3 nhân giá trị trong ST(0) với 10.3 từ trong bộ nhớ chính và lưu trữ kết quả trong ST(0) ,hình (c) 5.,Lệnh thứ 5 cộng thêm giá trị với giá trị trong ST(1) và lưu trữ kết quả trong ST(0),hình (d) Đây là kiểu chương trình giải thích ở ví dụ này thì được hỗ trợ bởi các tập lệnh xử lý dấu chấm động .Trong trường hợp nơi mà cấu trúc của stack gây ra việc tính toán nghẽn cổ chai thì lệnh FXCH (Thay đổi nội dung của thanh ghi FPU) lệnh này có thể đước sử dụng để mà sắp xếpmột cách tính toán 1.3.1.1. PARAMETER PASSING WITH THE FPU REGISTER STACK Like the general-purpose registers in the processor’s integer unit, the contents of the FPU data Giống như là thanh ghi có mục đích nói chung ,trong khối xử lý số nguyên ,nội dung của thanh ghi dữ liệu FPU là không thay đổi bởi các thủ tục gọi ,hoặc trong các từ khác ,thì giá trị được duy trì cho tới thủ tục biên .một thủ tục gọi có thể sử dụng thanh ghi giá trị (cũng đúng với thủ tục của stack) để mà truyền tham số giữa các thủ tục .thủ tục gọi có thể chuyển tham số thông qua ngăn xếp thanh ghi bằng cách sử dụng con trỏ thanh ghi ngăn xếp hiện tại (TOP)và cách đặt tên ST(0) và ST(i) . Đó cũng là thói quen thông thường cho một thủ tục gọi để trả lại giá trị hoặc kết quả trong thanh ghi ST(0) thực thi việc trả lại giá trị gọi thủ tục hoặc chương trình 1.3.2. FPU Status Register Thanh ghi trạng thái FPU 16 bit (1-8) chỉ ra trạng thái trạng thái hiện tại của FPU .Những cái cờ trong thanh ghi trạng thái FPU gồm các cờ FPU bận rộn , con trỏ (TOP) đỉnh của stack ,cờ mã điều kiện , cờ trạng thái tóm tắt lỗi , cờ lỗi stack,và cờ ngoại lệ .FPU thiết lập những cờ trong thanh ghi để chỉ ra kết quả thao tác . Nội dung của thanh ghi trạng thái FPU (như là từ trạng thái thanh ghi ) có thể được lưu trữ bộ nhớ Sử dụng các lệnh /FNSTSW, FSTENV/FNSTENV, and FSAVE/FNSAVE Nó cũng được lưu trữ trong thanh ghi AX của khối số nguyên sử dụng các lệnh STSW/FNSTSW 1.3.2.1. TOP OF STACK (TOP) POINTER Con trỏ trỏ tới thanh ghi dữ liệu mà hiên tại ở đỉnh của ngăn xếp dữ liệu được chứa trong bit 11 tới 13 của từ trạng thái FPU .Con trỏ này thường có lien quan tới TOP ( cho đỉnh của stack) đây là một giá trị nhị phân từ 0 đến 1. 1.3.2.2. CONDITION CODE FLAGS Bốn thanh ghi mã cờ điều kiện FPU( C0 đến C3) chỉ ra kết quả của sự so sánh dấu chấm động và thao tác toán học .Bảng 1-3 tóm tắt các loại lệnh dấu chấm động sẽ thiết lập cờ mã điều kiện .Những bit cờ mã điều kiện được sử dụng chủ yếu cho nhánh điều kiện và cho việc lưu trữ thong tin sử dụng trong exception hanlding Ở bảng 1-3 thì cờ mã điều kiện C1 được sử dụng cho các hàm khác nhau khi mà cả 2 cờ IE và SF trong thanh ghi từ dữ liệu FPU được thiết lập , chỉ ra rằng stack bị overflow hay underflow.Ngoai lệ (#IS) Cờ C1 phân biệt giữa overflow (C1=1) underflow(C1=0) Khi cờ PE trong từ trạng thái được thiết lập ,nó chỉ ra độ chính xác của kết quả (đã được làm tròn),cờ C1 được thiết lập thành 1 nếu như kết quả làm tròn trước đó được làm tròn lên.câu lệnh FXAM thiết lậpC1 thành dấu của giá trị đang được kiêmr tra . cờ mã điều kiện C2 được sử dụng bởi lệnh FPREM và FPREM1 để chỉ ra quá trình làm giảm không hoàn thành (hoặc số dư không hoàn chỉnh .Khi quá trình làm giảm thành công thì cờ mã điều kiện C0,C3,C1 được thiết lập thành 3 bit ít quan trong nhất của số dư(tương ứng là Q2,Q1,Q0) các lệnh FPTAN,FSIN,SCOS,FSINCOS sẽ thiết lập cờ C2 thành 1 để chỉ ra rằng toán hạng nguồn là vượt ra ngoài giới hạn của khoảng cho phép 263 1.3.3. Branching and Conditional Moves on FPU Condition Codes IA FPU ( bắt đầu với bộ xử lý Pentium pro hỗ trợ 2 kỹ thuật cho việc phân nhánh và thực thi điều kiện chuyển y như là so sánh 2 giá trị dấu phẩy động .những kỹ thuật này được chỉ ra ở đây là các kỹ thuật cũ và các kỹ thuật mới .Những kỹ thuật cũ thì nó có trong các cấp của FPU của bộ xử lý Pentium pro .Những kỹ thuật này sử dụng lệnh so sánh (FCOM,FCOMP, FCOMPP, FTST, FUCOMPP, FICOM, and FICOMP) để so sánh 2 giá trị dấu phẩy động và thiết lập cờ mã điều kiện ( C0 đến C3) theo kết quả .nội dung của cờ mã kiện được copy sau đó vào trong cờ trạng thái của thanh ghi EFLAGS để sử dụng cho 2 quá trình tiếp theo: 1. Lệnh FSTSW AX chuyển từ trạng thái FPU vào thanh ghi AX 2.Lệnh SAHF copy 8 bit cao của thanh ghi AX ,tính đến cả cờ mã trạng thái vào trong 8 bit thấp của thanh ghi EFLAGS .Khi cờ mã điều kiện được nạp vào trong thanh ghi EFLAGS thì điều kiện nhẩy hoặc điều kiện di chuyển có thể được thực thi dựa vào các thiết lập mới cảu cờ trạng thái trong thanh ghi EFLAGS Những kỹ thuật mới này chỉ có trong bộ xử lý Pentium pro .việc sử dụng kỹ thuật này ,việc so sánh dấu phẩy động mới và lệnh thiết lập EFLAGS (FCOMI, FCOMIP, FUCOMI, and FUCOMIP) So sánh 2 giá trị dấu phẩy động và thiết lập các cờ ZF,PF và CF trong thanh ghi trực tiếp EFLAGS một lệnh đơn theio đó sẽ được thay thế thanh 3 câu lệnh nếu dung kũ thuật cũ Chú ý rằng lệnh FCMOVcc ( cũng là mới trong bộ xử lý pentium pro) cho phép điều kiện di chuyển của giá trị dấu phẩy động ( giá trị trong thanh ghi dữ liệu ) dựa trên các thuết lập của cờ trạng thái (ZF,PF,CF) trong thang ghi EFLAGS.Những lệnh này khử đi sự cần thiết một Lệnh IF để thực hiện điều kiện di chuyển của giá trị dấu phẩy động 1.3.4. FPU Control Word Thanh ghi từ điều khiển 16 bit (hình 1-10) sẽ điều khiển độ chính xác của FPU và phương thức làm tròn sử dụng .nó cũng chứa bít mặt nạ cờ ngoai lệ . Từ điều khiển là bộ nhớ đệm trong thanh ghi điều khiển FPU .Nội dung của thanh ghi này có thể được nạp vào với câu lệnh FLDCW và được lưu trữ trong bộ nhớ với câu lệnh FSTCW/FNSTCW Khi FPU khởi tạo mà không có lệnh FINIT/FNINIT or FSAVE/FNSAVE thì từ điều khiển FPU được thiết lập thành 031FH ,việc mặt nạ tất cả dấu phẩy động ngoại lệ ,thiết lập việc làm tròn gần nhất ,thiết lập việc độ chính xác của FPU thành 64 bits 1.3.4.1. EXCEPTION-FLAG MASKS Bít mặt nạ cờ ngoại lệ ( bits 0 đến 5 của từ điều khiển FPU) mặt nạ 6 cờ ngọailệ trong từ trạng thái FPU ( cũng từ bít 0 đến 5 ) khi một trong những bits mặt nạ được thiết lập đó là sự trao đổi thong tin ngoại lệ dấu phẩy động là theo khối từ cái đang được sinh ra 1.3.4.2. PRECISION CONTROL FIELD Trường điều khiển độ chính xác (PC)( bits 8-9) của từ điều khiển FPU ) sẽ quyết định độ chính xác (64,53,24 bits) của việc phép toán dấu phẩy động thực hiện bởi FPU ( bảng 1-4), đọ chính xác ngẫu nhiên là chính xác mở rộng ,nó sử dụng đủ 64 bits significand có hiệu lực với các định dạng mở rộng cảu thanh ghi dữ liệu FPU nhưng cũng có thể cấu đặt cấu hình bởi người sử dụng , trình biên dịch hoặc hệ diều hành .Thiết lập này là phù hợp nhất cho hầu hết úng dụng bởi vì nó cho phép các úng dụng mang đến đầy đủ sự thuận tiện cuả đọ chính xác của định dạng số thực mở rộng Độ chính xác kép và chính xác đơn được thiết lập sẽ giảm bớt cỡ của significand thanhf 53 bits và 24 bits ,những thiết lập này được cung cấp để hỗ trợ chuẩn IEEE và cho phép tái tạo lại chính xác kết quả của sự tính toán mà được thực thực hiện ở kiểu dữ liệu chính xác thấp hơn . việc sử dụng những thiết lập này làm vô hiệu hoá lợi thế của chiều dài significand 64 bits của định dạng số thực mở rộng .Khi đó thì độ giảm chính xác được chỉ rõ , Việc làm tròn của giá significand rõ rang không sử dụng những bits ở bên phải số không Bít điều khiển đọ chính xác chỉ có hiệu lực với kết quả của nhưng lệnh đưới đây FADD, FADDP, FSUB, FSUBP, FSUBR, FSUBRP, FMUL, FMULP, FDIV, FDIVP, FDIVR,FDIVRP, and FSQRT. 1.3.4.3. ROUNDING CONTROL FIELD Trường điều khiển việc làm tròn của thanh ghi điều khiển FPU (Bit 10-11) sẽ điều khiển cách mà kết quả của lệnh dấu phẩy động được làm tròn .có 4 chế độ làm tròn được hỗ trợ (bảng 1-5): làm tròn gần nhất , làm tròn lên , làm tròn xuống ,lảmtòn tới 0 .Làm tròn gần nhất là chê độ mặc định và nó phù hợp với hàu hết các ứng dụng nó cũng cung cấp hầu hết sự chính xác và thống kê được sự ước lượng chính xác của kết quả đúng. Chế độ làm tròn lên và làm tròn xuống thì được giới hạn trực tiếp việc làm tròn và có thể sử dụng để thi hành sự tính toán khoảng cách 2 sự kiện , việc tính toán này được sử dụng để mà quyết định làm là làm tròn hay là xuống để mà có kết quả đúng của sự tính toán đa bước nhẩy ,Khi mà kết quả trung gian của phép toán là đối tượng làm tròn . chế độ làm tròn tiến tới 0 ( thỉnh thoảng gọi là chế độ “đỉnh”) thì được sử dụng thường xuyên khi mà thực thi việc tính toán số nguyên với FPU Bất cứ khi nào có thể thì những thủ tục của FPU đưa ra 1 kết qủa vô cùng chính xác trong các định dạng đến ( single,double, extended real) tuy nhiên thường thì kết quả vô cùng chính xác cảu 1 phép toán hoặc thao tác lưu trữ không thể mã hoá chính xác trong các định dạng đến cảu toán hạng Cho vd là: những giá trị sau (a) có 24 bít phân số . bit it ý nghĩa nhất của phân số này ( bít gạch chân) không thể mã hoá chính xác trong định dạng số thực đơn ( luc đó chỉ có 23 bits phân số (a) 1.0001 0000 1000 0011 1001 0111E2 101 Để làm tròn kết quả này (a) thì đầu tiên FPU lựa chọn 2 phân số có thể biểu diễn được b và c mà hầu hết chúng gần a nhất(b<a<c) (b) 1.0001 0000 1000 0011 1001 011E2 101 (c) 1.0001 0000 1000 0011 1001 100E2 101 Sau đó FPU sẽ thiết lập b và c theo chế độ làm tròn đã được lựa chọn trong trường RC,việc làm tròn sẽ đưa ra 1 lỗi trong 1 kết quả nhỏ hơn một đơn vị ở nơi mà kết quả đượclàm tròn kết quả được làm tròn được gọilà kết quả không chính xác . Khi kết quả không chính xác của thủ tục FPU,cờ (PE) chính xác dấu phẩy động được thiết lập trong từ trạng thái Khi mà ngoại lệ overflow được che giấu và kết quả vô cùng chính xác thì ở giữa giới hạn xác định lớn nhất cảu giá trị cho phép trong định dạng cụ thể và dương vô cùng , FPU sẽ làm tròn kết quả (bảng 1-6) Khi ngoại lệ overflow được che giấu đi và kết quả vô cùng chính xác giữa giá trị giới hạn và âm vô cùng thì FPU làm tròn kết quả ( 1-1) Chế độ làm tròn không có ảnh hưởng tới thao tác so sánh , thào tác mà kết quả chính xác của thủ tục hợăc thao tác mà kết quả NaN của thủ tục 1.3.5. Infinity Control Flag Cờ điều khiển vô cùng( Bít 10 của từ điều khiển FPU ) được cung cấp cho việc tương thích với khối đồng xử lý toán học của Intel 281 nó không có ý nghĩa trong bộ cử lý Pentium pro hợăc cho fpu của các bộ xử lý Intel486,381. 1.3.6. FPU Tag Word từ thẻ 16 bit(1-11) chỉ ra nội dung của 8 thanh ghỉtong ngăn xếp thanh ghi dữ liệu FPU ( one 2-bit tag per register)mã thẻ chỉ ra có hay không 1 thanh ghi chứa một số hợp lệ , số không ,hoặc 1số dấu chấm động đặc biệt (các định dạng NaN, vô cùng,Không bình thường , không hỗ trợ ) hoặc có hay không nó là giá trị rỗng(empty).từ thẻ FPU là một bộ nhớ đệm trong FPU trong thang ghi từ thẻ FPU. Khi FPU khởi tạo mà không có các lệnh FINIT/FNINIT or FSAVE/FNSAVE ,thì từ thẻ FPU được thiết lập thành FFFFH,mà mặt nạ cho tất cả thanh ghi dữ liệu là rỗng(empty) Mỗi thẻ trong từ thẻ FPU phù hợp với 1 thanh ghi về mặt vật lý( 0-1) . con trỏ ở đỉnh stack hiện tại (TOP) được lưu trữ trong từ trạng thái có thể sử thẻ liên kết với mối quan hệ các thanh ghi là ST(0). FPU sử dụng giá trị thẻ để mà kiểm tra điều kiện overflow,underflow của stack.stack xảy ra overflow khi mà con trỏ TOP bị giảm (tương ứng là nạp thanh ghi hay thao tác push) để trỏ tới 1 thanh ghi không rỗng .stack xảy ra underflow khi mà con trỏ TOP thì tăng lên ( tương ứng là việc lưu trữ hoặc thao tác pop) để trỏ tới 1 thanh ghi rỗng hoặc khi 1 thanh ghi rỗng cũng xem như là toán hạng nguồn .Một thanh ghi không rỗng được đĩnh nghĩa như là thanh ghi đang chứa 0 (01) , một giá trị hợp lệ (00) hoặc 1 giá trị đặc biệt (10) Chương trình ứng dụng và handler có thể sử dụng thong tin của thẻ này để kiểm tra nội dung của 1 thanh ghi dữ liệu FPU mà không thự thi thao tác giải mã rắc rối của dữ liệu thực tại trong thanh ghi. Để dọc được thanh ghi thẻ thì nó phải được lưu trữ trong bộ nhơ chính mà không sử dụng các lệnh FSTENV/FNSTENV or FSAVE/FNSAVE.vị trí của từ thẻ ở trong bộ nhớ trước khi bắt đầu lưu trữ với 1 trong các lệnh trong hình 1-13 đến 1-16. Phần mềm không thể nạp trực tiếp hoặc chỉnh sửa thẻ trong thanh ghi thẻ . lệnh FLDENV và FRSROR dung để nạp 1 ảnh của thanh ghi thẻ trong FPU ; tuy nhiên FPU sử dụng những gía trị thẻ chỉ để quyết định nếu như thanh ghi dữ liệu là rỗng (11B) hoặc không rỗng (00B,01B,10B) .Nếu như ảnh thanh ghi thẻ chỉ ra rằng 1 thanh ghi dữ liệu là rỗng ,thì thẻ trong thanh ghi thẻ cho thanh ghi dữ liệu đó là mặt nạ rỗng (11B) .Nếu như ảnh của thanh ghi thẻ chỉ ra rằng thanh ghi dữ liệu là không rỗng ,FPU sẽ đọc giá trị thực tại trong thanh ghi dữ liệu và thiết lập thẻ cho thanh ghi dữ liệu phù hợp. Hành động này ngăn cản 1 chương trình từ các giá trị thiết lập trong thanh ghi the biểu diễn không chính xác nội dung thực tại của thanh ghi dữ liệu không rỗng . 1.3.1. FPU Instruction and Operand (Data) Pointers FPU lưu trữ con trỏ thành lệnh và toán hạng (dữ liệu ) cho câu lệnh không điều khiển trước thực hiện trong thanh ghi 48 bits .con tror lệnh FPU và thanh ghi con trỏ toán hạng FPU ( dữ liệu ) (1-5) (thong tin được lưu trữ để cung cấp trạng thái thong tin cho các handler ngoại lệ ) Nội dung của lệnh FPU và thanh ghi con trỏ toán hạng giữ nguyên khi có bất kỳ câu lệnh điều khiển được (FINIT/FNINIT, FCLEX/FNCLEX, FLDCW, FSTCW/FNSTCW, FSTSW/FNSTSW, FSTENV/FNSTENV, FLDENV, FSAVE/FNSAVE, FRSTOR, and WAIT/FWAIT) thực thi. Nôi dụng của thanh ghi toán hạng FPU là không xác định nếu như câu lệnh không điều khiển ở trên không có một toán hạng nhớ. Con trỏ lưu trữ trong lệnh FPU và thanh ghi con trỏ toán hạng bao gồm 1 offset(lưu trữ trong bits 0 đến 31) và một bộ lọc segment( Lưu trong bits 32 đến 41) Nhừng thanh ghi này có thể truy cập bơỉ các lệnh FSTENV/FNSTENV, FLDENV, FINIT/FNINIT, FSAVE/FNSAVE and FRSTOR..Lệnh FINIT/FNINITvà FSAVE/FNSAVE sẽ xoá nhưng thanh ghi này Cho tất cả IA FPU và NPX trừ 8081, con trỏ lệnh FPU trỏ tới bất kỳ tiền tố nào mà nó đứng trứơc câu lệnh đó.còn 8081 ,con trỏ lệnh FPU chỉ trỏ tới opcode thực tại 1.3.8. Last Instruction Opcode FPU lưu trữ các opcode của câu lệnh không điều khiển trước thực hiện trong thanh ghi opcode 11 bits. ( thong tin này cung cấp trạng thái thong tin cho các handler ngoại lệ ) .Chỉ bytes thứ 1 và 2 của opcode (trước tât cả tìên tố) được lưu trữ trong thanh ghi opcode FPU .hình 1-12chỉ ra việc mã hoá những byte này .khi 5 bít cao của byte đầu tiên opcode thì cũng giống như tất cả opcode dấu phẩy động (11011B) chỉ 3 ._.