พื้นฐานของโปรเซสเซอร์

สถาปัตยกรรม Von Neumann· รองรับคอมพิวเตอร์ทั่วไปเกือบทุกเครื่อง:

• หน่วยความจำเดียว — ** Immediate Access Store** (IAS) — เก็บทั้ง คำสั่งโปรแกรม และ ข้อมูล (แนวคิด program ที่จัดเก็บไว้).
• โปรเซสเซอร์ (CPU) ดึงคำสั่งจากหน่วยความจำและรันทีละตัว.
• คำสั่งรัน ตามลำดับ เว้นแต่ branch จะเปลี่ยนการไหล.

แนวคิด stored-program คือสิ่งที่ทำให้คอมพิวเตอร์มีความยืดหยุ่น: เปลี่ยนโปรแกรมก็เปลี่ยนสิ่งที่มันทำได้ โดยไม่ต้องเดินสายใหม่.

ส่วนทั้งหมดนี้อยู่ในชิปเล็กชิ้นเดียวกัน แผนภาพถัดไปในส่วนนี้จะแสดงการเชื่อมต่อ; ภาพถ่ายด้านล่างแสดงของจริง

หน่วยคำนวณและตรรกะ (ALU)

ALU ทำ arithmetic (บวก, ลบ, …) และ logic (AND, OR, เปรียบเทียบ) รับ operands จาก registers และใส่ผลลัพธ์กลับเข้าไปใน register.

Control Unit (CU)

control unit decode แต่ละคำสั่งและส่ง control signals เพื่อดำเนินการ — เปิด data paths, บอก ALU ว่าต้องทำอะไร, และควบคุมการอ่าน/เขียนหน่วยความจำ.

ระบบนาฬิกา

นาฬิกาส่ง脈 steady ของ pulses ที่ทำให้ CPU ทำงานประสานกัน คำสั่งแต่ละตัวใช้เวลา cycles จำนวนคงที่ และ clock speed (เช่น 3.8 GHz) เป็นปัจจัยหนึ่งในประสิทธิภาพ.

"อธิบายวิธี CU และระบบนาฬิกาทำงานร่วมกัน": นาฬิกาปล่อย pulses ที่ความถี่คงที่; control unit ใช้แต่ละ pulse để推进 fetch-execute cycle ไปข้างหน้าหนึ่งขั้นตอน, ส่ง control signals ตามจังหวะกับ pulses, ทำให้ทุกส่วนของโปรเซสเซอร์เปลี่ยนสถานะพร้อมกัน นาฬิกาที่เร็วขึ้นหมายถึงขั้นตอนมากขึ้นต่อวินาที จนถึงจุดที่วงจรไม่สามารถ settle ระหว่าง pulses ได้

Registers

Registers เป็นที่เก็บขนาดเล็กมากและเร็วภายใน CPU special purpose registers แต่ละตัวมีหน้าที่ตายตัวในวัฏจักร:

• Program Counter (PC) — ที่อยู่ของ คำสั่งถัดไป.
• Memory Address Register (MAR) — ที่อยู่ที่กำลังอ่านหรือเขียน.
• Memory Data Register (MDR) — ข้อมูลที่กำลังส่งเข้าหรือออกจากหน่วยความจำ.
• Current Instruction Register (CIR) — คำสั่งที่กำลัง decode.
• Accumulator (ACC) — ค่าที่ ALU กำลังประมวลผล.
• สตาตัสเรจิสเตอร์ — เก็บ เฟล็ก (carry, zero, negative, overflow) ที่ใช้สำหรับการเบี่ยงเบนเส้นทาง Each flag เป็น 1 บิต ตั้งค่าหรือลบโดย ALU หลังการดำเนินการ: เฟล็ก zero หลังการเปรียบเทียบที่ตรงกัน, เฟล็ก carry เมื่อผลบวกเกินความจุของเรจิสเตอร์, เฟล็ก negative เมื่อผลลัพธ์เป็นลบ การกระโดดตามเงื่อนไขอ่านค่าเฟล็กเพื่อตัดสินใจว่าจะเบี่ยงเบนหรือไม่, และเฟล็ก overflow สามารถส่งสัญญาณขัดจังหวะได้
• Index Register — offset บวกเข้ากับที่อยู่ในการ addressing แบบ index; การ increment ทำให้วนผ่าน array ตัวละหนึ่ง.

คำถาม "เติมตารางที่อธิบายบทบาทของแต่ละ register" ต้องการประโยคที่แม่นยำหนึ่งประโยคต่อregister ใน Terms เหล่านี้: PC เก็บที่อยู่ของคำสั่งถัดไปที่จะดึง; MAR เก็บที่อยู่ของตำแหน่งที่กำลังอ่านหรือเขียน; MDR เก็บข้อมูลหรือคำสั่งที่เพิ่งอ่านจากหรือกำลังจะเขียนไปยังตำแหน่งนั้น; CIR เก็บคำสั่งที่กำลัง decode และ run อยู่; ACC เก็บผลลัพธ์ของการดำเนินการ arithmetic หรือ logic ครั้งล่าสุด.

รีจิสเตอร์อเนกประสงค์ ใช้โดยโปรแกรมเมอร์สำหรับค่าชั่วคราวระหว่างการคำนวณ การถ่ายโอนข้อมูลระหว่างรีจิสเตอร์และหน่วยความจำเขียนในรูปสัญลักษณ์ register transfer — เช่น MAR ← [PC] ("คัดลอกเนื้อหาของ PC ลงใน MAR").

บัสภายในสามชนิด (ชุดสายขนาน) เชื่อมต่อส่วนต่างๆ เข้าด้วยกัน:

• บัสที่อยู่ — ส่งที่อยู่หน่วยความจำ เป็นทางเดียว (CPU → หน่วยความจำ).
• บัสข้อมูล — ส่งข้อมูล เป็นสองทาง.
• บัสควบคุม — ส่งสัญญาณควบคุม (อ่าน, เขียน, Interrupt) เป็นสองทาง.

บัสที่อยู่ขนาด $n$ บิต สามารถเข้าถึงตำแหน่งหน่วยความจำได้ $2^{n}$ ตำแหน่ง ความกว้างของบัสข้อมูลกำหนดจำนวนบิตที่ถ่ายโอนต่อการเข้าถึงหนึ่งครั้ง (มักเท่ากับขนาดคำ)

• ความเร็วรอบ (clock speed) — จำนวนรอบต่อวินาทีมากขึ้น
• จำนวนคอร์ — CPU แบบมัลติคอร์สามารถรันหลายเธรดพร้อมกันได้
• ขนาดคำ (word size) — CPU 64-บิต จัดการข้อมูลเป็นก้อนขนาด 64 บิตต่อรอบ และเข้าถึงหน่วยความจำได้มากกว่า CPU 32-บิตอย่างมาก
• ปริมาณ RAM — RAM มากขึ้นเก็บชุดงาน working set ได้มากขึ้น; หากน้อยเกินไปจะทำให้ OS ต้องทำ page ไปยังดิสก์
• ขนาดหน่วยความจำแคช — แคชมากลดเวลาเข้าถึงหน่วยความจำเฉลี่ยลง
• ประเภทการจัดเก็บข้อมูลรอง — SSD โหลดโปรแกรมได้เร็วกว่า HDD มาก
• ความกว้างและความเร็วของบัส — บัสที่กว้างหรือเร็วขึ้นช่วยส่งข้อมูลได้รวดเร็วขึ้น

จับคู่สเปกกับภาระงาน: Quad-core ดีกว่า Dual-core ในงานแบบขนาน แต่ความเร็วต่อคอร์ที่สูงกว่าชนะในงาน single-threaded

แต่ละปัจจัยเป็นคำตอบคะแนน 2 คะแนน พร้อมเหตุผลประกอบ:

• คอร์มากขึ้น: แต่ละคอร์สามารถดึงและดำเนินการคำสั่งของตัวเองได้พร้อมกัน ทำให้หลายโปรแกรม หรือเธรดของโปรแกรมหนึ่ง ทำงานแบบขนานได้ แต่ต้องเขียนโปรแกรมให้รองรับการใช้หลายคอร์ ดังนั้นการเพิ่มคอร์เป็นสองเท่าไม่ทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้นสองเท่าเสมอไป
• ความเร็วรอบสูงขึ้น: มีรอบ fetch-execute ต่อวินาทีมากขึ้น จึงประมวลผลคำสั่งได้มากขึ้นต่อวินาที; ข้อจำกัดคือความร้อนที่เกิดขึ้น
• บัสกว้างขึ้น: บัสข้อมูลที่กว้างขึ้นส่งข้อมูลได้มากกว่าต่อ一次การถ่ายโอน จึงใช้จำนวนการถ่ายโอนน้อยกว่าเพื่อส่งข้อมูลเท่าเดิม; บัสที่อยู่ที่กว้างขึ้นเข้าถึงตำแหน่งหน่วยความจำได้มากขึ้น
• หน่วยความจำแคช: เป็นหน่วยความจำขนาดเล็กแต่เร็ว ที่อยู่ในหรือ毗邻 processor เก็บคำสั่งและข้อมูลที่ใช้งานล่าสุดหรือบ่อยที่สุด การอ่านจากแคชเร็วกว่า RAM มาก ทำให้โปรเซสเซอร์ใช้เวลารอให้น้อยลง

"อธิบายว่าทำไมคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่จึงทำงานได้ดีขึ้น" ตอบด้วยการเปรียบเทียบสเปกทั้งสองแบบบรรทัดต่อบรรทัด: ความเร็วรอบสูงกว่าประมวลผลคำสั่งได้มากขึ้นต่อวินาที, คอร์越多รันงานได้พร้อมกันมากขึ้น, แคชมากขึ้นหมายถึงการเข้าถึง RAM ช้าลงน้อยลง, และ RAM มากขึ้นหมายถึงการถ่ายโอนไปยังดิสก์น้อยลง

พอร์ต คือซ็อกเก็ตทางกายภาพสำหรับการเชื่อมต่อ อุปกรณ์ต่อพ่วง:

• USB (Universal Serial Bus) — อเนกประสงค์ (คีย์บอร์ด, ไดร์ฟ, โทรศัพท์)
• HDMI (High Definition Multimedia Interface) — วิดีโอและเสียงดิจิทัลไปยังหน้าจอ
• VGA (Video Graphics Array) — สัญญาณวิดีโอแอนะล็อกเก่าไปยังจอภาพ
• Ethernet (RJ-45) — LAN แบบมีสาย. จacks เสียง — หูฟัง/ไมโครโฟน

พอร์ตต่างชนิดใช้สัญญาณต่างกัน ดังนั้นสาย HDMI จะเสียบไม่ได้กับซ็อกเก็ต USB USB-C มีความพิเศษในการรองรับวิดีโอ ข้อมูล และพลังงานในสายเดียว

"อธิบายว่าคอมพิวเตอร์เชื่อมต่อกับจอภาพผ่าน HDMIได้อย่างไร": พอร์ต HDMI ส่งวิดีโอและเสียงเป็นสัญญาณดิจิทัลรวมกันผ่านสายเดียว ไม่ต้องแปลงเป็นแอนะล็อก ภาพจึงไม่เสื่อมคุณภาพ สายรองรับความละเอียดสูง และพอร์ตบนจอภาพจะถอดรหัสสัญญาณเอง อุปกรณ์ USB เป็นแบบ plug-and-play: เมื่อเสียบเข้าแล้ว คอมพิวเตอร์จะตรวจจับ ระบุชื่อ โหลดไดรเวอร์ที่ต้องการ และอาจจ่ายไฟให้โดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องรีสตาร์ท

CPU ทำซ้ำ รอบ fetch-execute — รันหนึ่งครั้งต่อคำสั่งเครื่องหนึ่ง

Fetch

1. ที่อยู่ของ PC ถูกคัดลอกไปยัง MAR
2. PC ถูก increment เพื่อชี้ไปที่คำสั่งถัดไป
3. สัญญาณ read ส่งผ่านบัสควบคุม
4. หน่วยความจำวางคำสั่งลงบนบัสข้อมูล
5. คัดลอกเข้าไปใน MDR จากนั้นเข้าสู่ CIR

ข้อสอบถามขั้นตอนเหล่านี้ในรูปแบบ register transfer notation โดยที่ [X] หมายถึงเนื้อหาของรีจิสเตอร์ X และ [[MAR]] หมายถึงเนื้อหาของตำแหน่งหน่วยความจำwhose address อยู่ใน MAR:

MAR ← [PC]          the address of the next instruction goes to the MAR
PC  ← [PC] + 1      the PC now points to the following instruction
MDR ← [[MAR]]       the instruction at that address is read into the MDR
CIR ← [MDR]         the instruction is copied into the CIR for decoding

ลำดับมีความสำคัญ: PC จะถูก increment ทันทีหลังจากที่อยู่ของมันถูกคัดลอก เพื่อให้การ jump ที่เกิดขึ้นในภายหลังสามารถแทนที่ค่า PC นั้นได้ ระหว่างการ execute สัญลักษณ์เดียวกันนี้จะใช้อธิบายแต่ละคำสั่ง; สำหรับ LDD 200 ตัวอย่างเช่น MAR ← 200, MDR ← [[MAR]], ACC ← [MDR]

Decode

CU ตีความคำสั่งใน CIR — ว่าเป็นการดำเนินการใด และใช้ operand หรือที่อยู่ข้อมูลใด

การดำเนินการ (Execute)

CU ดำเนินการตามนั้น: การคำนวณทางคณิตศาสตร์/ตรรกะจะถูกส่งไปยัง ALU (ผลลัพธ์ไป ACC); การโหลด/จัดเก็บจะย้ายข้อมูลระหว่างหน่วยความจำและรีจิสเตอร์; การกระโดดจะเปลี่ยนค่า PC จากนั้นรอบการทำงานจะวนซ้ำอีกครั้ง

Interrupt คือสัญญาณที่ หยุด วงจรปกติชั่วคราว เพื่อให้ CPU สามารถจัดการกับเหตุการณ์เร่งด่วนได้ (เช่น การกดคีย์,数据包 arrives, ความผิดปกติของฮาร์ดแวร์, การหารด้วยศูนย์, ตัวจับเวลาของ OS)

การจัดการหนึ่งครั้ง:

1. เสร็จสิ้นคำสั่งปัจจุบันให้เรียบร้อย
2. บันทึกสถานะ (PC และรีจิสเตอร์)
3. โหลดที่อยู่ของ โปรแกรมบริการ interrupt (ISR) ลงใน PC และรันมัน
4. ISR จัดการเหตุการณ์นั้น
5. คืนค่า สถานะที่บันทึกไว้แล้วดำเนินต่อ

Interrupt ทำให้ระบบตอบสนองได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องให้ CPU ตรวจสอบอุปกรณ์ตลอดเวลา และเป็นกลไกที่ OS ใช้สำหรับ multitasking

"อธิบายว่า interrupt จากอุปกรณ์อินพุตถูกตรวจจับและจัดการอย่างไรในวงจร F-E" เป็นคำตอบแบบ 4 คะแนน โดยมีจุดสำคัญดังนี้: อุปกรณ์ส่งสัญญาณ interrupt ที่ทำให้ interrupt flag ใน interrupt register ถูกตั้งขึ้น; โปรเซสเซอร์ตรวจสอบรีจิสเตอร์นี้ที่ ปลายของแต่ละ fetch-execute cycle, หลังจากคำสั่งปัจจุบัน被执行เสร็จ; หากมี flag ถูกตั้งขึ้น且有 interrupt มี priority สูงกว่างานปัจจุบัน, เนื้อหาของ PC และรีจิสเตอร์อื่นๆ จะถูกบันทึกลงบน stack; ที่อยู่ของโปรแกรมบริการ interrupt จะถูกโหลดลงใน PC และโปรแกรมจะทำงาน; เมื่อเสร็จสิ้น ค่าที่บันทึกไว้จะถูกกู้คืนจาก stack และโปรแกรมที่ถูก interrupt จะดำเนินต่อจากจุดที่หยุดอยู่

สาเหตุ worthy of naming: hardware interrupt จากอุปกรณ์ (เช่น กดคีย์, buffer ของ printer ว่าง,数据包 arrives), software interrupt จากความผิดพลาด (เช่น การหารด้วยศูนย์, คำสั่งที่ไม่ถูกต้อง, Arithmetic overflow), timer interrupt จาก OS ที่บ่งชี้ถึงสิ้นสุดของ time slice, และการเตือนเมื่อไฟดับ

CPU ทำงานจริงด้วย machine code — รูปแบบบิตที่เป็นเฉพาะสำหรับ architecture หนึ่ง Assembly language เป็นรูปแบบที่อ่านเข้าใจได้ ซึ่งมีการใช้ 1 คำสั่งต่อ 1 คำสั่งใน machine code เขียนโดยใช้ mnemonics เช่น LDD, ADD, JMP. Assembler ทำหน้าที่แปลมันเป็น machine code

Two-pass assembler

Two-pass assembler อ่าน source code สองครั้ง:

• pass 1 สร้าง symbol table: ทุกครั้งที่ปรากฏ label (เช่น LOOP:), บันทึกที่อยู่ของมัน; ยังไม่มีการสร้างโค้ด
• pass 2 สร้างโค้ด: แปลแต่ละคำสั่ง, และเมื่อคำสั่งใดอ้างอิงถึง label (เช่น JMP LOOP), ดูหาที่อยู่ของมันใน symbol table

สองรอบช่วยจัดการกับ forward references (การ jump ไปยัง label ที่นิยามไว้ทีหลัง)

ตัวอย่างวิธีทำ. นำกระบวนการสองรอบไปใช้กับโปรแกรมนี้ โดยคำสั่งแรกถูกเก็บอยู่ที่ที่อยู่ 100

        LDD  COUNT
LOOP:   DEC  ACC
        CMP  #0
        JPN  LOOP
        END
COUNT:  5

Pass 1 อ่านแต่ละบรรทัด นับจำนวนที่อยู่ที่จะใช้ และบันทึก label ทั้งหมดลงใน symbol table: LOOP = 101 (บรรทัด DEC) และ COUNT = 105 (บรรทัดข้อมูล). ไม่มีการสร้างโค้ด Pass 2 อ่านโปรแกรมอีกครั้งและแปลแต่ละบรรทัดเป็น machine code โดยแทนที่แต่ละ mnemonic ด้วย opcode และแทนที่ symbolic address ด้วยตัวเลขจาก symbol table: LDD COUNT กลายเป็น opcode สำหรับ LDD ที่มี operand เป็น 105, และ JPN LOOP กลายเป็น opcode สำหรับ JPN ที่มี operand เป็น 101. การ jump กลับไปที่ LOOP อาจแก้ได้ในรอบเดียว แต่การ jump ไปข้างหน้า ไปยัง label ที่ยังไม่เคยเห็นมาก่อนไม่สามารถทำได้ นี่คือเหตุผลที่ assembler ต้องใช้สองรอบ

ตัวอย่างชุดคำสั่ง

Cambridge ใช้เซตทั่วไปขนาดเล็กพิมพ์ในตารางอ้างอิงของข้อสอบ, ซึ่งประกอบด้วยเรจิสเตอร์ใช้งานทั่วไปหนึ่งตัวคือแอคคัมมิเลเตอร์ (ACC), และเรจิสเตอร์อินเด็กซ์ (IX). ตัว operand ที่เขียน #n คือจำนวนฐานสิบ, Bn เป็นจำนวนฐานสอง และ &n เป็นจำนวนฐานสิบหก; <address> คือหมายเลขตำแหน่งหรือฉลาก

คำถาม "คำสั่งภาษาอัสsembly ถูกจัดกลุ่ม" ต้องการชื่อกลุ่ม และคำสั่งจากแต่ละกลุ่ม: การเคลื่อนย้ายข้อมูล, อินพุตและเอาต์พุต, คณิตศาสตร์, การกระโดดแบบไม่มีเงื่อนไขและแบบมีเงื่อนไข, การเปรียบเทียบ และการจัดการบิต.

โหมดการเข้าถึง (หรือ modes of addressing) บอกวิธีการที่ CPU หา operands:

• การเข้าถึงแบบทันที (immediate addressing) — operand คือค่าที่มีอยู่ในคำสั่ง. LDM #10 โหลด 10.
• การเข้าถึงโดยตรง (direct addressing) — คำสั่งมีที่อยู่; operand คือค่าที่นั่น. LDD 200.
• การเข้าถึงแบบอ้อม (indirect addressing) — คำสั่งมีที่อยู่ซึ่งมี ที่อยู่อื่น เป็นข้อมูล. LDI 200.
• การเข้าถึงแบบดรรชนี (indexed addressing) — ที่อยู่ที่มีผลคือ address + index register; ใช้สำหรับอาร์เรย์. LDX 100 พร้อม IR = 5 อ่านที่อยู่ 105.

(การเข้าถึงแบบสัมพัทธ์ (Relative addressing) ให้ที่อยู่เป็น offset จาก PC — ใช้สำหรับการกระโดด.)

ตัวอย่างวิธีทำ. เมมโมรี่มี: ตำแหน่ง 200 = 250, ตำแหน่ง 250 = 99, ตำแหน่ง 105 = 7. เรจิสเตอร์อิน덱ซ์มี 5. ค่าอะไรอยู่ในแอคคัมมิเลเตอร์หลังจาก LDM #200, LDD 200, LDI 200 และ LDX 100? ตรวจสอบว่าแต่ละโหมดต้องมองหาไกลแค่ไหน. LDM #200 คือ immediate - ตัว operand คือตัวเลขที่เขียนไว้ในคำสั่ง ดังนั้นแอคคัมมิเลเตอร์จะเก็บ 200. LDD 200 คือ direct - ไปยังตำแหน่ง 200 และดึงสิ่งที่อยู่ตรงนั้น: 250. LDI 200 คือ indirect - ตำแหน่ง 200 มี 250, ซึ่งเป็น ที่อยู่อื่น, ดังนั้นให้ไปต่อยังตำแหน่ง 250: 99. LDX 100 คือ indexed - เพิ่มค่าเรจิสเตอร์อิน덩์เข้ากับความอยู่, $100 + 5 = 105$, และอ่านตำแหน่ง 105: 7. นับจำนวนครั้งที่ต้องเข้าถึงเพื่อแยกแยะ: immediate 0, direct 1, indirect 2, indexed 1 (เมื่อเพิ่มค่า ин덩์แล้ว)

เพื่อให้ ติดตาม มัน: สร้างตารางที่มีคอลัมน์สำหรับ PC, ACC, register ดัชนี, ตัวแปรแต่ละตัว และ任何其他标志 (flags). ก้าวผ่านคำสั่ง, อัปเดตตารางหลังจากแต่ละคำสั่ง; ตามเส้นทางเมื่อมีการเปลี่ยน PC; หยุดที่ END. รูปแบบทั่วไปคือการวนลูปผ่านอาร์เรย์โดยใช้การเข้าถึงแบบดรรชนี.

ตัวอย่างที่แสดงวิธีทำ. ติดตามโปรแกรมนี้. ที่ที่อยู่ 200 มี 5 และที่ 201 มี 0.

100   LDD  200
101   CMP  #0
102   JPE  108
103   OUT
104   DEC  ACC
105   STO  200
106   LDD  201
107   JMP  100
108   END

เขียนหนึ่งแถวสำหรับแต่ละคำสั่งที่ถูกดำเนินการ, เติมเฉพาะคอลัมน์ที่เปลี่ยนแปลง:

และ seterusnya จนกว่า LDD 200 จะโหลด 0, การเปรียบเทียบตั้งค่า equal flag, JPE 108 ถูกนำไปใช้ และโปรแกรมสิ้นสุด. สามสิ่งที่ผู้ตรวจสอบดู:一个 CMP ไม่เปลี่ยน register ใด ๆ เพียงแต่เปลี่ยน flag; การกระโดดที่ไม่ถูกนำไปใช้ยังคงนับว่าเป็นการดำเนินการ; และ OUT ออกมาตัวอักษร, ดังนั้นมันจึงอยู่ในคอลัมน์เอาต์พุต ไม่ใช่คอลัมน์ ACC. "ระบุผลกระทบของการเปลี่ยน LDD 10 เป็น LDM #10": ACC จะเก็บตัวเลข 10 แทนที่จะเก็บเนื้อหาของที่อยู่ 10.

การเลื่อนแบบลอจิก (logical shift) เคลื่อนย้ายบิตทั้งหมดไปทางซ้ายหรือขวาตามจำนวนตำแหน่ง, เติมตำแหน่งใหม่ด้วย 0.

• เลื่อนไปทางซ้าย 1 ตำแหน่ง (LSL #1) — บิตเคลื่อนไปทางซ้าย, 0 เข้ามาทางขวา; สำหรับจำนวนที่ไม่เป็นลบนี่คือ × 2.
• เลื่อนไปทางขวา 1 ตำแหน่ง (LSR #1) — บิตเคลื่อนไปทางขวา, 0 เข้ามาทางซ้าย; สำหรับจำนวนที่ไม่เป็นลบนี่คือ integer ÷ 2.

การเลื่อน $n$ ตำแหน่ง คูณหรือหารด้วย $2^{n}$. ตัวอย่าง: 00001011 (11) LSL #1 → 00010110 (22).

บิตที่เลื่อนออกจากปลายจะหายไป ดังนั้นการคูณจึงถูกต้องก็ต่อเมื่อบิตเหล่านั้นเป็นศูนย์. LSL #2 บนจำนวนเต็มสองส่วนเติม (two's-complement integer) 11001010 ให้ 00101000: บิต 1 ทั้งสองตัวที่ตกออกทางซ้ายหายไป, บิตเครื่องหมายเปลี่ยนไป, และผลลัพธ์不再是เดิม的四倍.

การเลื่อนทางขวาแบบเลขคณิต (arithmetic right shift) เก็บบิตเครื่องหมายไว้เพื่อให้จำนวนเต็มที่มีเครื่องหมายติดลบยังคงติดลบ. การเลื่อนแบบหมุน (cyclic shift/rotate) นำบิตที่หลุดออก的一端กลับเข้ามา另一端, ดังนั้นไม่มีบิตไหนหาย.

"แสดงผลลัพธ์ของการเลื่อนทางขวาแบบเลขคณิต 3 ตำแหน่งบน 10011110": คัดลอกบิตเครื่องหมายเข้าไปในตำแหน่งที่ถูกว่าง, 11110011. การเลื่อนเดียวกันบน 01011100 ให้ 00001011. การเลื่อนทางซ้ายแบบหมุน 1 บน 10000110 ให้ 00001101: 1 ตัวแรกปรากฏขึ้นทางขวาอีกครั้ง.

ความแตกต่างของการเลื่อนขวาทั้งสองแบบคือ 1 บิต Take 11110000, ซึ่งเป็น 240 อ่านเป็น unsigned และ $-16$ อ่านเป็น signed. LSR #1 นำเข้า 0 และให้ 01111000 $= 120$, ซึ่งเป็นครึ่งที่ถูกต้องของ 240. ASR #1 คัดลอกบิตเครื่องหมายแทนและให้ 11111000 $= -8$, ซึ่งเป็นครึ่งที่ถูกต้องของ $-16$. ไม่มีอย่างใดผิด — แต่ละอย่าง减半ค่าภายใต้การอ่านหนึ่งแบบ

การจัดการบิตสำหรับการตรวจสอบ/ควบคุม

อุปกรณ์ฝังตัวมักใช้ บิต ของเรจิสเตอร์หนึ่งบิตต่อสัญญาณ (เช่น บิต $n$ = LED $n$) การใช้ มาส์ก — การมาส์กบิต — คุณจะทำ:

• ตั้งค่า บิต $n$: R = R OR มาส์กที่มีบิต $n$ ตั้งค่าไว้
• ลบค่า บิต $n$: R = R AND มาส์กที่มีบิต $n$ ลบค่า และส่วนที่เหลือตั้งค่าไว้
• สลับสถานะ บิต $n$: R = R XOR มาส์กที่มีบิต $n$ ตั้งค่าไว้
• ทดสอบ บิต $n$: R AND มาส์ก แล้วตรวจสอบว่าผลลัพธ์มีค่านอนศูนย์หรือไม่

การจัดการบิตมีความเร็วสูง ใช้หน่วยความจำน้อย และทำให้ไบต์หนึ่งสามารถเก็บสถานะเปิด/ปิดได้ถึง 8 สถานะ

ในชุดคำสั่งของการสอบ นี่คือ AND, OR และ XOR พร้อมมาส์กที่เขียนเป็นเลขฐานสิบ, เลขฐานสองหรือเลขฐานหก عشر operands. เมื่อ ACC เก็บ 10101100:

"เขียนคำสั่งที่ตั้งค่าบิตที่มีนัยสำคัญต่ำสุดให้เป็น 1 และทิ้งส่วนอื่นไว้ไม่เปลี่ยน": OR #1, หรือ OR B00000001. เพื่อลบค่าบิต ให้ใช้ AND กับมาส์กที่มี 0 ในตำแหน่งนั้นและ 1 ที่อื่นๆ; เพื่อทดสอบบิต, AND กับมาส์กที่มี 1 เพียงตำแหน่งเดียว, แล้วเปรียบเทียบผลลัพธ์กับศูนย์. ในอุปกรณ์ตรวจสอบ, บิตของเรจิสเตอร์หนึ่งบิตต่อเซ็นเซอร์ช่วยให้ AND เดียวสามารถตรวจสอบได้ว่าเซ็นเซอร์ใดเปิดอยู่, และ OR ตัวหนึ่งจะเปิดบิตควบคุมแอค추เอเตอร์โดยไม่รบกวนส่วนอื่น

คำถามคำนิยามจะให้คะแนนตามข้อความที่กำหนดไว้你必须 exact. เรียนรู้ให้ถูกต้องและตอบเพียงคำตอบเดียวเท่านั้น

• เรียนรู้ รอบดึง-ดำเนินการ ในพจน์การถ่ายโอนเรจิสเตอร์ (PC, MAR, MDR, CIR, ACC) และสิ่งใดเพิ่มค่า PC.
• ชื่อหน้าที่ของแต่ละเรจิสเตอร์; บัสที่อยู่เป็นทางเดียว, บัสข้อมูลเป็นสองทาง.
• แยกแยะ โหมดการเข้าถึง (ทันที, โดยตรง, ทางอ้อม, แบบดัชนี) — คำถามที่พบบ่อย.
• อธิบายความเร็วของนาฬิกา, จำนวนคอร์, ขนาดแคช และความยาวของคำส่งผลต่อ ประสิทธิภาพอย่างไร.
• สำหรับ การเลื่อนแบบไบนารี, ระบุว่าเป็นตรรกะหรือทางคณิตศาสตร์; การเลื่อนซ้ายคูณด้วย 2, การเลื่อนขวาหารด้วย 2.

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

• การบอกว่า PC เก็บคำสั่งปัจจุบัน, หรือ MDR เก็บที่อยู่. PC เก็บที่อยู่ของ คำสั่งถัดไป; MDR เก็บข้อมูลหรือคำสั่ง, ไม่เคยเก็บที่อยู่.
• การทิ้งการเพิ่มค่า PC ออกจากรอบดึง, หรือวางไว้หลังการดำเนินการ. มันเกิดขึ้นทันทีที่ที่อยู่ถูกคัดลอกไปยัง MAR.
• อ่าน LDD 10 ว่า "load 10". LDD 10 โหลดเนื้อหา ของที่อยู่ 10; LDM #10 โหลดตัวเลข 10.
• การใส่ค่าในคอลัมน์ ACC สำหรับ CMP หรือ OUT. การเปรียบเทียบตั้งค่าflag เท่านั้น; การเอาต์พุตไปที่คอลัมน์เอาต์พุต.
• การบอกว่าInterrupt ถูกจัดการ "ทันที". โปรเซสเซอร์เสร็จสิ้นคำสั่งปัจจุบันและตรวจสอบInterruptที่สิ้นสุดรอบ.
• การใช้การเลื่อนทางขวาแบบตรรกะกับเลขtwo's-complement ติดลบ. มีการเลื่อนทางคณิตศาสตร์เท่านั้นที่รักษา sign bit.