Hallo! Weiß einer, ob es im 8086 möglich war, einzelne bits in einem Register oder einer 8Bit/1Byte-Speicherzelle direkt zu verändern? Der/das instruction-set enthält ja nur Befehle wie schieben, UND/Oder, usw. die die gesamte Speicherzelle/Register betreffen. Falls ja, wofür war sowas notwendig? Mein Stand i.M. ist, dass die Select- und Writeleitungen z.B. im RAM immer die gesamte Speicherzelle betreffen, ist dies richtig? p.s. das 5bit-FLAG-Register natürlich nicht inbegriffen
Mike B. schrieb: > Mein Stand i.M. ist, dass die Select- und > Writeleitungen z.B. im RAM immer die gesamte > Speicherzelle betreffen, ist dies richtig? So ein PC/XT nutzt acht einbittige Speicherbausteine parallel, um die acht Datenbits für den Bus zu basteln. Das Thema "Speicherzelle" ist damit etwas vorbei. Nein, um ein Bit zu verändern, muss der 8086 einen Read-Modify-Write-Cycle durchführen. Das dauert mehrere Takte, kann aber als ein Befehl ausgeführt werden.
Es gibt, abseits von Mikrocontrollern, keinen Grund Befehle zu bauen die nur einzelne Bits verändern könnten. Schon mit dem 286 wurde der Datenbus auf 16bit erweitert. Da werden also mindestens 2 Byte gelesen/geschrieben. Heutige CPUs lesen/schreiben üblicherweise ganze Cache Lines, d.h. da werden gleich mal 64 oder 128 Byte am Stück verarbeitet.
Korrektur: Quark, natürlich hatte schon der 8086 einen 16bit Datenbus. Mit dem 386 gibs auf 32bit hoch.
> Es gibt, abseits von Mikrocontrollern, keinen Grund Befehle zu bauen die > nur einzelne Bits verändern könnten. Das ist so pauschal nicht richtig. Es gibt durchaus Hochsprachen die einen Nutzen aus Befehlen zur Bitmanipulation in ihrer internen Datenrepraesentation ziehen koennen. Z.B. LISP.
Es gibt aber kein System mehr, das sowas praktisch umsetzen kann. Aktuelle Mikroarchitekturen würden aus solchen Befehlen auch keine Vorteile mehr ziehen. Ich muss meine Aussage von oben aber noch ein wenig präzisieren: Bis inkl. zum Pentium 1 wurde der Datenbus immer breiter, die Adressierung erfolgte jedoch stets auf Byte-Basis (also alle Adressleitungen herausgeführt) und es gab Byte-Select Outputs die darüber bestimmt haben, welche Bytes vom Datenbus tatsächlich verarbeitet werden sollen. Vermutlich kommt das noch von der damals häufigen Anbindung des ISA Busses, der halt nur 8 oder 16 Bit kann. Ab dem Pentium 2 wurden dann aufgeräumt. Die unteren 3 Adressleitungen wurden weggelassen, damit sind Zugriffe nur noch an 8 Byte Grenzen möglich. Dementsprechend müssen auch immer 8 Byte durch.
Jein. Du konntest natürlich ein Bit modifizieren: OR al, 1 z.B. setzt das erste Bit in einem Register. Was es seit dem 8086 gab war der Lock pin. Damit hat der Prozessor gesagt, das andere Bus Teilnehmer wie z.B. DMA bitte die Finger vom Bus lassen sollen. Das ganze konnte man über das LOCK Prefix des Befehlssatzes steuern. Beispiel: LOCK OR [BYTE PTR DI], 1 Führt einen Read-Modify-Write Cycle auf eine Speicherzelle im RAM mit gesetztem Lock Pin aus. In der Theorie funktionierte das wie ein atomarer Speicherzugriff. Ob sich die anderen Busteilnehmer wirklich dran gehalten haben steht auf einem anderen Blatt (meistens schon, es gibt aber ISA Karten die sich das gespart haben).
Nils Pipenbrinck schrieb: > Jein. > Du konntest natürlich ein Bit modifizieren: > OR al, 1 > z.B. setzt das erste Bit in einem Register. war dies ebenfalls ein Read-Modify-Write Cycle auf die gesamte Registerbreite oder wurde gezielt dieses einzelne bit angesprochen ohne die anderen bits anzufassen. Wenn ja ging dies nur im Register oder auch im RAM, später evtl. auch im Cache? Nils Pipenbrinck schrieb: > Beispiel: > LOCK OR [BYTE PTR DI], 1 > Führt einen Read-Modify-Write Cycle auf eine Speicherzelle im RAM Solange immer die ganze Wortbreite auf einmal angefasst wird benötigt man ja nur eine Select/Writeline für die gesamte Breite ansonsten müsste es soviel Select/Writelines geben wie die Wortbreite ist, also 16 im 8086-RAM bzw 2*8 in den Registern für low und High.
Mike B. schrieb: > war dies ebenfalls ein Read-Modify-Write Cycle auf die gesamte > Registerbreite Natürlich. > oder wurde gezielt dieses einzelne bit angesprochen ohne > die anderen bits anzufassen. TI hatte mit 990/9900 die einzige mir bekannte Architektur, bei der jedes Peripheriebit individuell ansprechbar war. Weil 1 Bit breiter I/O Bus. Allerdings hatte die 9900 keine Byte Selects auf dem Speicherbus, weshalb auch Byteoperationen über RMW liefen. Auch bei Registern, denn die lagen im RAM.
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heinz schrieb: > 80386 btr bsr "Besides the standard logical, shift, and rotate instructions, there are instructions to test bitswithin an operand, to test and set, clear, or invert specific bits in an operand," Sagt leider nichts darüber aus, ob hier mit Read-Modify-Write Cycle oder mit direktem Zugriff auf die einzelnen bits gearbeitet wird/wurde. Und wenn ja, würde ja ein direkter bit-Zugriff in der ALU dafür ausreichen, die Register bräuchten dafür diese Funktionalität gar nicht. Korrigiert mich bitte wenn ich falsch denke. Ich bin jetzt nur beim 8086, aber gut zu wissen, dass später Erweiterungen in diese Richtung eingebaut wurden.
(prx) A. K. schrieb: > TI hatte mit 990/9900 die einzige mir bekannte Architektur, bei der > jedes Peripheriebit individuell ansprechbar war. Weil 1 Bit breiter > I/O Bus. Gut, da es keine gegenteiligen Angaben gibt, sind wir uns einig, dass zumindest im 8086 keine einzelnen bits direkt geändert werden konnten sondern sämtliche derartigen Operationen immer in Cycles liefen. Sowohl in den Registern als auch im RAM. Ich bedanke mich für die Antworten!
Mike B. schrieb: > Sagt leider nichts darüber aus, ob hier mit Read-Modify-Write Cycle oder > mit direktem Zugriff auf die einzelnen bits gearbeitet wird/wurde Mal in die Details einer modernen CPU geschaut? Du kannst nur Bits setzen/löschen wenn der Register Wert durch die ALU gejagt wird.
Jim M. schrieb: > Mal in die Details einer modernen CPU geschaut? > Du kannst nur Bits setzen/löschen wenn der Register Wert durch die ALU > gejagt wird. Welche moderne CPU hat denn deiner Meinung nach eine derartige Einschränkung?
> Mal in die Details einer modernen CPU geschaut? > Du kannst nur Bits setzen/löschen wenn der Register Wert durch die ALU > gejagt wird. ....nein.....
Nimm nen 8051 oder einen der vielen Derivate, die können einen Teil des Speichers Bit weise verändern.
c-hater schrieb: > Jim M. schrieb: > >> Mal in die Details einer modernen CPU geschaut? >> Du kannst nur Bits setzen/löschen wenn der Register Wert durch die ALU >> gejagt wird. > > Welche moderne CPU hat denn deiner Meinung nach eine derartige > Einschränkung? AMD K7, K8, Bulldozer, Ryzen, Intel P4, Core, alle aktuellen. Auch für bit set Operationen wird das gesamte Register verändert. Such doch ein Beispiel wo es nicht so ist.
Runni schrieb: > Nimm nen 8051 oder einen der vielen Derivate, die können einen Teil des > Speichers Bit weise verändern. Ohne Byteverarbeitung, direkt im Speicher? Auch das Bitbanding von ARMs Cortex M ist read-modify-write.
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Johannes schrieb: > Korrektur: Quark, natürlich hatte > schon der 8086 einen 16bit Datenbus. Stimmt natürlich, allerdings hat IBM den nie in PCs verbaut. Mike B. schrieb: > Gut, da es keine gegenteiligen Angaben gibt, sind wir uns einig, dass > zumindest im 8086 keine einzelnen bits direkt geändert werden konnten > sondern sämtliche derartigen Operationen immer in Cycles liefen. Schau dir doch einfach mal den Pinout vom Chip an. Wenn du da Steuerleitungen findest, mit denen die CPU ein bestimmtes Bit adressieren kann, dann ist das ein starkes Indiz für Bitadressierbarkeit. Letztere ist notwendig, um einzelne Bits ohne Read-Modify-Write zu ändern.
Johannes schrieb: > Auch für bit set Operationen wird das gesamte Register verändert. Natürlich. Aber es wird nicht zwingend die ALU damit befasst! Das ist der Punkt.
c-hater schrieb: >> Auch für bit set Operationen wird das gesamte Register verändert. > > Natürlich. Aber es wird nicht zwingend die ALU damit befasst! Das ist > der Punkt. Sondern welche Einheit dann? Ich dachte immer das L in ALU steht für logic....
Das lässt sich bei einer modernen CPU gar nicht so genau zurück verfolgen, beispiel XOR EAX,EAX. Obwohl das prinzipiell eine logische Operation ist, wird innerhalb der CPU ein einfaches LOAD draus. Darüber hinaus würde es mich nicht wundern, wenn moderne CPUs eine extra Instruktion nur zum nullen eines Registers hätten. Ein bisschen mehr Präzision wäre bei der Antwort von c-hater aber schon wünschenswert gewesen, da sich das zentrale Thema ja nun doch darum dreht, ob man Bits einzeln modifizieren kann.
Noch eine Ergänzung @bernd: Moderne CPUs sind nicht so einfach gestrickt. Die Frage macht in der Form keinen Sinn, am besten schaust du dir mal ein Blockschaltbild dazu an. Auf die Schnelle z.B. hier: https://en.wikichip.org/w/images/thumb/0/02/zen_block_diagram.svg/1106px-zen_block_diagram.svg.png
Angehängte Dateien:
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shot-0.png
93 KB
Der RP2040 unterstützt Einzelbitoperationen auf I/O-Registern, nennt sich "atomic write". Dadurch können beide Cores ohne Spinlocks auf das gleiche I/O-Register zugreifen. Oder auch ISR und main ohne IRQs zu sperren. Das "atomic XOR on write" entspricht dem Schreiben in die PIN-Register bei den neueren AVRs.
Wobei sich hier wieder die Frage stellt, ob das von der CPU unterstützt wird oder vom Peripherial. Da die CPU dafür keine speziellen Instruktionen verwendet wohl eher letzteres; für die CPU handelt es sich um normale byte oder word-große Writes.
Es gibt auch noch die Flags. Sowas wie ADC DL, 30h. Und anderswo (z.B. bei SSE-Regisstern) kann man sehr wohl an einzelnen Bits herumfummeln, man muss halt nur wissen wie. Deswegen kann man sich auch darüber streiten, was die Frage soll. Außerdem wurden ja nicht ganz aus Spiel und Spaß die Datenworte eingeführt. Interessant wäre natürlich auch, wie die jeweiligen Hochsprachen die Bitmanipulation implementieren.
rbx schrieb: > Interessant wäre natürlich auch, wie die jeweiligen Hochsprachen > die Bitmanipulation implementieren. In der Regel mit den vorhandenen CPU-Instruktionen, teilweise optimiert auf vorteilhafte Varianten, wenn es unterschiedliche Encodings gibt.
rbx schrieb: > Und anderswo (z.B. bei SSE-Regisstern) kann man sehr wohl an einzelnen > Bits herumfummeln, man muss halt nur wissen wie. Ohne read-modify-write auch der anderen Bits? Von internen Ablauf her betrachtet gibt es in einigen x86 Prozessoren in Registern auch keine echten 8/16/32-Bit Operationen mehr, obwohl die Befehle natürlich noch existieren. In Operationen auf Teilregistern wird bei diesen stets das gesamte Register als Einheit betrachtet. Das kann auch SSE Register betreffen. Beim Pentium 4 galt das sogar für die Flags. Ein Befehl, der nicht alle 4 Condition-Flags zusammen beeinflusste, war vom vorherigen Zustand dieser Flags abhängig. Das konnte sowas wie INC r gegenüber ADD r,1 ziemlich ausbremsen.
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rbx schrieb: > Außerdem wurden ja nicht ganz aus Spiel und Spaß die Datenworte > eingeführt. wohl sicher, weil es effizienter ist oder auch nur billiger war(ist, mehrere Takte für einen cycle zu verwenden als zusätzlich Steuerleitungen und MUX/DEMUX in Anzahl der Wordbreite in die Register, die ALU und den RAM einzubauen und damit wertvollen Platz auf dem Die zu verwenden. Als op bin ich recht überrascht, dass es über die Frage im ersten post so viele unterschiedliche AUssagen gibt.
>>> Auch für bit set Operationen wird das gesamte Register verändert. >> Natürlich. Aber es wird nicht zwingend die ALU damit befasst! Das ist >> der Punkt. > Sondern welche Einheit dann? > Ich dachte immer das L in ALU steht für logic.... Man kann zwar, muss aber nicht die zentrale ALU bemühen, um ein paar Bits in sep. Register zu setzen oder zu veranden. Es gibt auch Logic ausserhalb dieser ALU. Es gibt einige MCUs, die das ohne diese zentrale ALU machen können.
MCUA schrieb: > Es gibt einige MCUs, die das ohne diese zentrale ALU machen können. Beispielsweise die erste Mikroarchitektur des Pentium 4. Da gibts eine eigene Shift-Unit, die auch Bit- und Bitfeldbefehle handhabt.
So was haben alle modernen (x86) CPUs als AGU, die ist für einfache Adressberechnungen zuständig. (Einfache Addition/Subtraktion, auch mit 3 Operanden, und Shift in 2er Potenzen z.B. - man schaue sich die indirekten Adressierungsmodi oder den LEA Befehl von x86 an) An den TO: Eigentlich sind sich hier alle halbwegs einig, dass es so was in den etablierten Architekturen nicht gibt.
Jede CPU benötigt eine (mehr oder weniger complexe) AGU. Das hat aber nichts mit der hier gefragten Bitmanipul. zu tun.
Indirekt schon. Der Bulldozer schickt z.B. ein ADD EAX, EBX je nach Verfügbarkeit, auch mal durch die AGU. Ebenso einfache Bitoperationen. Die Zuordnung von Opcode zu Funktionseinheit funktioniert wegen der Übersetzung in µOps nicht mehr so einfach. Quelle: https://www.agner.org/optimize/microarchitecture.pdf Seite 206
Ja, die AGU könnte das, ist aber vornehmlich für Adressberechn zuständig. Und die neuen grossen X86er wird man hier wohl eher weniger verwenden.
Johannes schrieb: > An den TO: Eigentlich sind sich hier alle halbwegs einig, dass es so was > in den etablierten Architekturen nicht gibt. Danke für die (vielen) Infos!
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