Np. Przy porównywaniu dwóch liczb całkowitych w następujący sposób w języku C:
if (3 > 2) {
// do something
}
Jak wewnętrznie ocenia się, czy 3 jest większe niż 2 (prawda) czy nie (fałsz)?
Np. Przy porównywaniu dwóch liczb całkowitych w następujący sposób w języku C:
if (3 > 2) {
// do something
}
Jak wewnętrznie ocenia się, czy 3 jest większe niż 2 (prawda) czy nie (fałsz)?
if
całkowicie zignoruje , przechodząc od razu do kodowaniado something
.Odpowiedzi:
Całą drogę do króliczej nory, co? OK, spróbuję.
Krok 1. Od C do języka maszynowego
Kompilator C przekształca twoje porównanie w kody operacyjne przechowywane w języku maszynowym . Język maszyny to ciąg liczb, które CPU interpretuje jako instrukcje. W tym przypadku byłyby dwa kody: „odejmij z przeniesieniem” i „skacz, jeśli przeniesiesz”. Innymi słowy, 2 odejmuje się od 3 w jednej instrukcji, a następna instrukcja sprawdza, czy się przepełniła. Poprzedziłyby je dwie instrukcje ładowania liczb 2 i 3 do miejsc, w których można je porównać.
Każde z powyższych ma reprezentację binarną; na przykład kodem
SUB
jest2D
hex lub00101101
binarnie.Krok 2. Kody do ALU
Arytmetyczne opcodes podoba
ADD
,SUB
,MUL
, iDIV
wykonać podstawowe matematyki całkowitą przy użyciu ALU lub jednostki arytmetyczno-logiczne wbudowany w CPU. Numery są przechowywane w rejestrach według niektórych kodów; inne kody polecają chipowi wezwać ALU do wykonania obliczeń matematycznych na czymkolwiek, co jest zapisane w rejestrach w tym czasie.Uwaga: w tym momencie jesteśmy daleko od wszystkiego, o co martwiłby się każdy inżynier oprogramowania, pracując z 3GL jak C.
Krok 3. ALU, pół-sumator i pełny sumator
Czy wiesz, że wszystkie znane operacje matematyczne można sprowadzić do szeregu operacji NOR ? I tak właśnie działa ALU.
ALU wie tylko, jak pracować z liczbami binarnymi i może wykonywać tylko operacje logiczne, takie jak OR, NOT, AND i XOR. Implementacja binarnego dodawania i odejmowania realizowana jest za pomocą szeregu logicznych operacji ułożonych w określony sposób w podsystemie znanym jako sumator . Podsystemy te składają się z sieci „półdodujących”, które działają na dwóch bitach i określają ich sumę bitów oraz flagę przenoszenia bitów. Łącząc je w całość, ALU może wykonywać operacje na liczbach o 8, 16, 32 itd. Bitach.
Co z odejmowaniem? Odejmowanie to kolejna forma dodawania:
ALU oblicza
-B
, biorąc pod uwagę uzupełnienie dwóchB
. Po przekonwertowaniu na wartość ujemną przesłanie wartości do sumatora spowoduje operację odejmowania.Krok 4: Ostatni krok: tranzystory na chipie
Operacje sumatorów są realizowane za pomocą kombinacji komponentów elektrycznych, które oddziałują ze sobą, tworząc „bramki logiczne”, takie jak te znalezione w logice tranzystorowo-tranzystorowej lub TTL lub w CMOS . Kliknij tutaj, aby zobaczyć kilka przykładów, aby zobaczyć, jak są połączone.
Oczywiście na chipie te „obwody” są zaimplementowane w milionach maleńkich kawałków materiału przewodzącego i nieprzewodzącego, ale zasada jest taka sama, jakby były pełnowymiarowymi komponentami na płycie chlebowej. Obejrzyj ten film, który pokazuje wszystkie tranzystory na mikroczipie przez soczewkę mikroskopu elektronicznego.
Kilka dodatkowych uwag:
Napisany kod byłby w rzeczywistości wstępnie obliczony przez kompilator i nie zostałby wykonany w czasie wykonywania, ponieważ składa się wyłącznie ze stałych.
Niektóre kompilatory nie kompilują się do kodu maszynowego, ale wprowadzają jeszcze jedną warstwę, na przykład kod bajtowy Java lub język pośredni .NET. Ale ostatecznie wszystko jest wykonywane za pomocą języka maszynowego.
Niektóre operacje matematyczne nie są w rzeczywistości obliczane; są one wyszukiwane w ogromnych tabelach na arytmetycznej jednostce koprocesowej lub zawierają kombinację wyszukiwania i obliczeń lub interpolacji. Przykładem może być funkcja obliczania pierwiastka kwadratowego . Współczesne procesory komputerowe mają zmiennoprzecinkowe jednostki przetwarzania w każdym rdzeniu procesora.
źródło
CMP
że zostanie użyty,SUB
ale nie - ale z drugiej strony jest to mniej więcej „SUB
gdy wynik jest ignorowany i ustawiane są tylko flagi”