Регистр флагов или слово состояния процессора (ССП) — специализированный регистр , отражающий текущее состояние процессора.

Архитектура x86

В микропроцессорах Intel 8086 имеет название FLAGS и является 16-разрядным. Расширенные регистры EFLAGS и RFLAGS, введённые в архитектурах IA-32 (процессоры 80386 ) и x86-64 , являются 32-битными и 64-битными соответственно. Расширенные регистры сохраняют обратную совместимость.

Регистр флагов содержит группу флагов состояния, управляющий флаг и группу системных флагов :

Значение некоторых флагов в регистре флагов можно изменять напрямую, с помощью специальных инструкций (например, CLD для сброса флага направления), но нет инструкций, которые позволяют обратиться (проверить или изменить) к регистру флагов как к обычному регистру. Однако, можно сохранять регистр флагов в стек или регистр (E)AX и восстанавливать регистр флагов из них с помощью инструкций LAHF , SAHF , PUSHF , PUSHFD , POPF и POPFD .

При приостановке задачи (используя многозадачные возможности процессора), процессор автоматически сохраняет значение флага регистров в TSS (task state segment), при активизации новой задачи процессор загружает регистр флагов из TSS новой задачи.

Когда активизируется обработчик прерывания или обработчик исключительной ситуации, процессор автоматически сохраняет значение регистра флагов в текущем стеке.

Флаги состояния в активном состоянии

Флаги состояния (биты 0, 2, 4, 6, 7 и 11) отражают результат выполнения арифметических инструкций, таких как ADD , SUB , MUL , DIV .

• CF — устанавливается при переносе из/заёме в (при вычитании) старший значащий бит результата и показывает наличие переполнения в беззнаковой целочисленной арифметике. Также используется в длинной арифметике .

• PF — устанавливается, если младший значащий байт результата содержит чётное число единичных (ненулевых) битов. Изначально этот флаг был ориентирован на использование в коммуникационных программах: при передаче данных по линиям связи для контроля мог также передаваться бит чётности (см., например: RS-232#Принцип работы ) и инструкции для проверки флага чётности облегчали проверку целостности данных.

• AF — устанавливается при переносе или заёме из бита 4 результата. Этот флаг ориентирован на использование в двоично-десятичной (binary coded decimal, BCD) арифметике.

• ZF — устанавливается, если результат машинной операции по модулю 2 в степени k (где k — разрядность ячейки) равен нулю.

• SF — равен значению старшего значащего бита результата, который является знаковым битом в знаковой арифметике.

• OF — устанавливается, если целочисленный результат слишком длинный для размещения в целевом операнде (регистре или ячейке памяти). Этот флаг показывает наличие переполнения в знаковой целочисленной арифметике (в дополнительном коде ).

Из перечисленных флагов только флаг CF можно изменять напрямую с помощью инструкций STC , CLC и CMC . Также, битовые инструкции ( BT , BTS , BTR и BTC ) копируют указанный бит во флаг CF.

Флаги состояния позволяют одной и той же арифметической инструкции выдавать результат трёх различных типов: беззнаковое, знаковое и двоично-десятично кодированное (BCD) целое число. Если результат считать беззнаковым числом, то флаг CF показывает условие переполнения (перенос или заём), для знакового результата (в дополнительном коде ) перенос или заём показывает флаг OF, а для BCD-результата перенос/заём показывает флаг AF. Флаг SF отражает знак знакового результата, флаг ZF отражает и беззнаковый, и знаковый нулевой результат.

В длинной целочисленной арифметике флаг CF используется совместно с инструкциями сложения с переносом ( ADC ) и вычитания с заёмом ( SBB ) для распространения переноса или заёма из одного вычисляемого разряда длинного числа в другой.

Инструкции условного перехода J cc (переход по условию cc — например, JNZ для перехода, если результат не ноль), SET cc (установить значение байта-результата в зависимости от условия cc ), LOOP cc (организация цикла) и CMOV cc (условное копирование) используют один или несколько флагов состояния для проверки условия. Например, инструкция перехода JLE (jump if less or equal — переход, если «меньше или равен», ≤) проверяет условие «ZF=1 или SF ≠ OF».

Флаг PF был введён для совместимости с другими микропроцессорными архитектурами и по прямому назначению используется редко. Более распространено его использование совместно с остальными флагами состояния в арифметике с плавающей запятой : инструкции сравнения ( FCOM , FCOMP и т. п.) в математическом сопроцессоре устанавливают в нём флаги-условия C0, C1, C2 и C3 и эти флаги можно скопировать в регистр флагов. Для этого рекомендуется использовать инструкцию FSTSW AX для сохранения слова состояния сопроцессора в регистре AX и инструкцию SAHF для последующего копирования содержимого регистра AH в младшие 8 битов регистра флагов , при этом C0 попадает во флаг CF, C2 — в PF, а C3 — в ZF. Флаг C2 устанавливается, например, в случае несравнимых аргументов (NaN или неподдерживаемый формат) в инструкции сравнения FUCOM.

Управляющий флаг

Флаг направления (DF, бит 10 в регистре флагов) управляет строковыми инструкциями ( MOVS , CMPS , SCAS , LODS и STOS ): установка флага заставляет уменьшать адреса (обрабатывать строки от старших адресов к младшим), обнуление заставляет адреса увеличивать. Инструкции STD и CLD соответственно устанавливают и обнуляют флаг DF.

Системные флаги и поле IOPL

Системные флаги и поле IOPL управляют операционной средой и не предназначены для использования в прикладных программах.

• IF — обнуление этого флага запрещает отвечать на маскируемые запросы на прерывание.

• TF — установка этого флага разрешает пошаговый режим отладки , когда после каждой выполненной инструкции происходит прерывание программы и вызов специального обработчика прерывания (см. также: Int3 ).

• IOPL — показывает уровень приоритета ввода-вывода исполняемой программы или задачи: чтобы программа или задача могла выполнять инструкции ввода-вывода или менять флаг IF, её текущий уровень приоритета (CPL) должен быть ≤ IOPL.

• NT — этот флаг устанавливается, когда текущая задача «вложена» в другую, прерванную задачу, и сегмент состояния TSS текущей задачи обеспечивает обратную связь с TSS предыдущей задачи. Флаг NT проверяется инструкцией IRET для определения типа возврата — межзадачного или внутризадачного.

• RF — флаг маскирования ошибок отладки.

• VM — установка этого флага в защищённом режиме вызывает переключение в режим виртуального 8086 .

• AC — установка этого флага вместо с битом AM в регистре CR0 включает контроль выравнивания операндов при обращениях к памяти — обращение к невыравненному операнду вызывает исключительную ситуацию.

• VIF — виртуальная копия флага IF; используется совместно с флагом VIP.

• VIP — устанавливается для указания наличия отложенного прерывания; используется совместно с флагом VIF.

• ID — возможность программно изменить этот флаг в регистре флагов указывает на поддержку инструкции CPUID .

Идентификация процессора

В поздних версиях процессора 80486 появилась инструкция CPUID , позволяющая идентифицировать процессор, на котором работает программа. В более ранних процессорах для идентификации нужно анализировать особенности поведения инструкций и, в том числе, регистра флагов.

К примеру, в процессорах 8086 и 80186 биты 12-15 регистра флагов всегда установлены, в процессорах 80286 и новее биты 12-14 содержат поле IOPL и флаг NT и в реальном режиме всегда сброшены. Это позволяет в 16-битном коде различать процессоры 808x/8018x, 80286 и 80386 (и новее):

 pushf ; (Сохранить исходное состояние регистра флагов) pushf ; Скопировать регистр флагов... pop ax ; ...в регистр AX xor ah,11110000b ; Поменять значение старших 4 битов push ax ; Скопировать регистр AX popf ; ...в регистр флагов pushf ; Скопировать регистр флагов... pop bx ; ...в регистр BX popf ; (Восстановить исходное состояние регистра флагов) xor ah,bh ; AH=0 (биты в регистре флагов не поменялись) → 808x-80286, иначе 80386+ and bh,11110000b ; BH=F0h (все 4 бита установлены) → 808x/8018x, 0 → 80286 

Также, флаг AC (бит 18), введённый в 80486 , всегда сброшен в 80386, что и позволяет различить эти процессоры:

 and sp,not 3 ; Выравнять стек, чтобы не было ошибок выравнивания при обращении к нему pushfd ; (Сохранить исходное состояние регистра флагов) pushfd ; Скопировать регистр флагов... pop eax ; ...в регистр EAX xor eax,40000h ; Поменять значение бита 18 (флаг AC) push eax ; Скопировать регистр EAX popfd ; ...в регистр флагов pushfd ; Скопировать регистр флагов... pop ecx ; ...в регистр ECX popfd ; (Восстановить исходное состояние регистра флагов) xor eax,ecx ; EAX=0 (бит в регистре флагов не поменялся) → 80386 

Аналогично, в старых моделях 80486, где инструкция CPUID ещё не введена, флаг ID (бит 21) всегда сброшен, что позволяет идентифицировать процессоры 80386 и старые модели 80486:

 pushfd ; (Сохранить исходное состояние регистра флагов) pushfd ; Скопировать регистр флагов... pop eax ; ...в регистр EAX mov ecx,eax ; ...и в регистр ECX or eax,200000h ; Установить бит 21 (флаг ID) push eax ; Скопировать регистр EAX popfd ; ...в регистр флагов pushfd ; Скопировать регистр флагов... pop eax ; ...в регистр EAX popfd ; (Восстановить исходное состояние регистра флагов) xor eax,ecx ; EAX=0 (бит в регистре флагов не устанавливался) → 80386/старые 80486 

См. также

• Флаг (компьютерная техника)

Примечания