Счетчик программ ( PC ), [1] обычно называемый указателем команд ( IP ) в микропроцессорах Intel x86 и Itanium , а иногда называемый регистром адреса команд ( IAR ), [2] [1] счетчиком команд , [3] или Это всего лишь часть секвенсора команд, [4] — это регистр процессора , который указывает, где находится компьютер в последовательности своей программы . [номер 1]
Обычно значение PC увеличивается после получения инструкции и сохраняет адрес памяти (« указывает на») следующей инструкции, которая будет выполнена. [5] [количество 2]
Процессоры обычно извлекают инструкции из памяти последовательно, но инструкции по передаче управления меняют последовательность, помещая новое значение в ПК. К ним относятся ветвления (иногда называемые переходами), вызовы подпрограмм и возвраты . Передача, обусловленная истинностью некоторого утверждения, позволяет компьютеру следовать другой последовательности в разных условиях.
Ветвление обеспечивает выборку следующей инструкции из другого места в памяти. Вызов подпрограммы не только разветвляет, но и сохраняет где-то предыдущее содержимое ПК. При возврате извлекается сохраненное содержимое ПК и помещается обратно в ПК, возобновляя последовательное выполнение с инструкцией, следующей за вызовом подпрограммы.
В простом центральном процессоре (ЦП) ПК представляет собой цифровой счетчик (от которого произошел термин «счетчик программ»), который может быть одним из нескольких аппаратных регистров . Цикл команд [7] начинается с выборки , при которой ЦП помещает значение ПК на адресную шину , чтобы отправить его в память. Память отвечает, отправляя содержимое этой ячейки памяти по шине данных . (Это модель компьютера с хранимой программой , в которой одно пространство памяти содержит как исполняемые инструкции, так и обычные данные. [8] ) После выборки ЦП приступает к выполнению , предпринимая некоторые действия в зависимости от полученного содержимого памяти. В какой-то момент этого цикла ПК будет изменен так, что следующая выполняемая инструкция будет другой (обычно увеличивается так, что следующая инструкция начинается с адреса памяти, следующего сразу за последней ячейкой памяти текущей инструкции). .
Как и другие регистры процессора, ПК может представлять собой банк двоичных защелок, каждая из которых представляет один бит значения ПК. [9] Число битов (ширина ПК) зависит от архитектуры процессора. Например, «32-битный» ЦП может использовать 32 бита для адресации 2–32 единиц памяти. На некоторых процессорах ширина счетчика программ зависит от адресуемой памяти; например, некоторые микроконтроллеры AVR имеют ПК, который выполняет циклическую обработку после 12 бит. [10]
Если ПК является двоичным счетчиком, он может увеличиваться при подаче импульса на его вход СЧЕТ ВВЕРХ, или ЦП может вычислить какое-то другое значение и загрузить его в ПК с помощью импульса на его вход ЗАГРУЗКА. [11]
Чтобы идентифицировать текущую инструкцию, ПК может быть объединен с другими регистрами, идентифицирующими сегмент или страницу . Этот подход позволяет использовать ПК с меньшим количеством битов, предполагая, что большинство интересующих единиц памяти находятся в пределах текущей близости.
Использование ПК, который обычно выполняет приращение, предполагает, что компьютер выполняет обычно линейную последовательность инструкций. Такой ПК занимает центральное место в архитектуре фон Неймана . Таким образом, программисты пишут последовательный поток управления даже для алгоритмов, которые не обязательно должны быть последовательными. Возникшее « узкое место фон Неймана » привело к исследованиям в области параллельных вычислений , [12] включая не-фон Неймановские модели или модели потоков данных , которые не использовали ПК; например, вместо указания последовательных шагов программист высокого уровня может указать желаемую функцию , а программист низкого уровня может указать ее, используя комбинаторную логику .
Это исследование также привело к поиску способов ускорения работы обычных процессоров на базе ПК, в том числе:
Современные языки программирования высокого уровня по-прежнему следуют модели последовательного выполнения, и действительно, распространенным способом идентификации ошибок программирования является «выполнение процедуры», при котором палец программиста определяет точку выполнения, как это сделал бы ПК. Язык высокого уровня — это, по сути, машинный язык виртуальной машины, [13] слишком сложный, чтобы его можно было построить на аппаратном уровне, но вместо этого он эмулируется или интерпретируется программным обеспечением.
Однако новые модели программирования выходят за рамки программирования последовательного выполнения:
3.2.12.
WRAPMODE […] AS будет считать, что программный счетчик процессора имеет не полную длину в 16 бит, заданную архитектурой, а длину, достаточную для обращения к внутреннему ПЗУ.
Например, в случае
AT90S8515
это означает 12 бит, что соответствует 4 Ксловам или 8 Кбайтам.
Это предположение допускает относительные ответвления от начала ПЗУ к концу и наоборот, что может привести к ошибке вне ветвления при использовании строгой арифметики.
Здесь они работают, потому что биты переноса, возникающие в результате вычисления целевого адреса, отбрасываются.
[…] В случае вышеупомянутого AT90S8515 эта опция даже необходима, поскольку это единственный способ выполнить прямой переход через всё адресное пространство […]