i
i
“1335-Juvan-Marincek-0” — 2010/7/26 — 10:28 — page 1 — #1 i
i
i
i
i
i
List za mlade matematike, fizike, astronome in računalnikarje
ISSN 0351-6652
Letnik 25 (1997/1998)
Številka 3
Strani 141–143
Martin Juvan in Jože Marinček:
F0 0F C7 C8 IN PROCESOR PENTIUM
Ključne besede: računalništvo, mikroprocesorji, Pentium, napake.
Elektronska verzija:
http://www.presek.si/25/1335-Juvan-Marincek.pdf
c© 1997 Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije
c© 2010 DMFA – založništvo
Vse pravice pridržane. Razmnoževanje ali reproduciranje celote ali
posameznih delov brez poprejšnjega dovoljenja založnika ni dovo-
ljeno.
I Računalništvo
FO OF C7 C8 IN PROCESOR PENTIUM
Proizvajalec mikroprocesorjev in drugih elektronskih komponent družba
Intel iz Santa Clare, Kalifornija, ZDA, s svojimi izdelki iz družine Pen-
tium res nima sreče. Pred tremi leti je njegov ugled močno načelo odkri-
tje, da mikroprocesor Pentium količnikov nekaterih parov realnih števil
ne izračuna tako natančno, kot bi jih moral. (Članek o matematičnem
ozadju odkritja te napake si lahko preberete v tej številki Preseka.) Na-
paka in predvsem ravnanje Intela ob njenem razkritju sta kupce proce-
sorjev Pentium tako razburila, da je morala družba brezplačno zamenjati
vse procesorje z napako. Zaradi zamenjave je nastalo več kot 450 milijo-
nov dolarjev stroškov, taki stroški pa so velik zalogaj tudi za tako veliko
podjetje, kot je Intel.
Precej bolj neopazno je maja lani minilo razkritje še ene napake,
povezane s predstavitvijo realnih števil v premični piki. Nasledniki pro-
cesorjev Pentium, procesorji Pentium Pro in Pentium II, namreč včasih
pri pretvarjanju realnih števil v cela "pozabijo" postaviti zastavico za
prekoračitev obsega.
V začetku novembra so se novice o procesorjih Pentium spet pojavile
tudi v medijih , ki običajno ne poročajo o računalniških dogajanjih. In to
za Intel niso bile dobre novice . Kaže, da se je prvo sporočilo onovi napaki
v delovanju procesorja Pentium pojavilo 6. novembra. Pošiljatelj je že-
lel ostati anonimen, zato je kot svoj elektronski naslov navedel
noname©noname. com, sporočilo pa je bilo poslano prek omrežja University
of Texas. Dan kasneje je bila na internetu že kopica dodatnih sporočilo
napaki, možnih razlogih zanjo, ugibanj o tem, kako bo ravnal Intel itn.
Pri Intelu so reagirali umirjeno, njegovi strokovnjaki pa so si vzeli nekaj
dni za premislek, predno so uradno "potrdili" (beri: priznali krivdo za)
obstoj napake. Vesti o novih težavah s procesorjem Pentium so se hitro
pojavile tudi v vseh pomembnejših sredstvih javnega obveščanja. Tako je
na primer časnik Delo 13. novembra na prvi strani objavil krajši prispevek
o dogodkih, povezanih z odkritjem napake.
In za kakšno napako sploh gre? Poenostavljeno jo lahko razložimo
takole. Procesorji iz družine Pentium poznajo ukaz CMPXCRG8B, ki pri-
merja vsebino para registrav s 64-bitno vrednostjo v pomnilniku in glede
na izid primerjave op ravi ustrezno zamenjavo vsebin (CMP == compare,
XCRG == exchange, 8B == 8 zlogov = 64 bitov). Ker je ukaz "zapleten",
pri uporabi pa večkrat želimo, da se celotni ukaz izvede brez prekinitev,
ki jih povzročajo zunanji signali, mu lahko dodamo še posebno predpono
(Jack), ki zagotovi, da njegovo izvajanje ne bo prekinjeno. Do težav pride,
ko zgoraj omenjeni ukaz izvedemo v "zaklenjenem" načinu, kot operand
Računalništvo I
pa uporabimo eneg a od registrov. Ker imajo Pentiumovi registri le 32 in
ne 64 bitov, med izvaj anj em ukaza pride do napake. To ni še nič hudega ,
saj procesor med izvajanj em ukazov večkrat ugotovi , da t i niso pravilno
sestavljeni. Procesor tako op ozori na napako in poskuša izvesti poseben
podprogram (error handler), ki naj bi poskrbel za "odpravo" napake. Ker
pa je ukaz izveden v "zaklenje nem" načinu , procesor po pr ekinitvi izvaj a-
nja ukaza ome njenega podprogr ama ne more izvesti , zato se "obesi" . V
življe nje ga obudi le ponoven zag on računalnika (zadošča pri tisk na gumb
Reset ) .
Uradno In t elovo poimenovanje napake je "Invalid Op erand wit h Lo-
eked Compare Exchan ge 8Byt.p. (CMPXCHG8B) Instructi on Erratum" .
Nap aka je značilna le za procesorje Pentium, medtem ko st arejš i (npr . 486)
in novejši procesorji (Pentium Pro, Pentium II ), zaradi drugačne arhit ek-
t ure, na kod o, ki povzroči napako, reagir aj o pr avilno (pokličej o podpro-
gram za "odpravo" napake , nad aljnje ukrepanje pa je odvisno od opera-
cijskega sistema) . Napaka za običajnega up or abnika ne predstavlja večj e
nevarnosti, saj uporabniški programi resnih programerskih hiš ne vse-
bujejo zlobne oblike ukaza CMP XC HG8B. Pa tudi če do napake pride
(recimo , da nam nekdo uspe "p odt aknit i" pokvarjeno kod o), izgubimo le
podatke, ki so se ob nas topu napake nahaj ali v pomnilniku (niso pa še bili
shranjeni na disk ). Ker pa vsi vem o, da je redno shr anjevanje opravlje-
nega dela ena od osnov varnega del a z osebnim računalnikom, nas taka
napaka ne more presenetiti. Napaka je bolj nevarna za večuporabniške
računalnike (in za strežnike), saj jo lahko povzroči prav vsak "zloben"
up or abnik z možnostjo izvedbe las tne kode, pri čemer ni t reba, da im a
tak uporabnik tudi kak šne dod atne privilegije.
Približno ted en dni po odkritju napake so pri Intelu predstavili svoj e
pr edloge za nj eno odpravo . Njihovi inženirji so se potrudili in izdelali
načrt za progr amsko odpravo napake. Zaved ali so se namreč , da bi pri
popravku na nivoju strojne opreme razočarani kupci v velikem št evilu
zahtevali za me njavo procesorj ev, stroš ki t ako številnih za me njav pa bi
lahko resno ogr ozili usp ešno poslovanj e družbe. Pri Intelu so t ako pripra-
vili sp lošn a navodila za izde lovalce op eracijskih sistemov, vsak izdelovalec
pa je zadolžen za izdelavo pop ravka za svoj operacijski sistem. Intelova
rešit ev je precej zvita in teme lj i na nekaterih pos ebnostih procesorja P en-
ti um. Nekoliko presen etljivo je tudi , da je tako resno napako v stro jni
opremi mogoče odpravit i kar s spremembo programske opreme , še bolj
nenavadno pa je, da programska rešit ev praktično ne upočasni delovanj a
računalnika .
In kako lahko sami pr ever ite, ali imate "prist ni" P entium? Če uporab-
ljate Microsoftov ope racijski siste m (MS DOS ali kat ero od različic Oken ) ,
I Računalništvo
si lahko pomagate z vgrajenim ukazom debug. Ukaz poženete iz ukazne
vrstice in vtipkate podčrtano besedilo, vsako vrstico pa zaključite s pri-
tiskom na tipko Ent er (namesto vprašajev bo operacijski sistem izpisal
šestnajstiške naslove, ki za nas niso pomembni) :
c. \> debug
-alOO
????:0100 db fO Of e7 e8
????:0104 ret
????:0105
Vpisovanje ukazov v zbirniku.
Usodni ukaz.
Poženemo vpisani program.
Pri kodi ukaza lahko namesto e8 vpišete tudi eno od vrednosti e9, ea,
.. . , ef (gre za šestnajstiške vrednosti, ki določajo različne registre kot
operande ukaza). Če imate običajni Pentium, bo računalnik "zamrznil".
Če pa delate z drugačnim procesorjem, bo odziv odvisen od operacijskega
sistema. V Oknih 95/NT boste dobili obvestilo o napačnem ukazu, okno
z ukazno vrstico pa se bo zaprlo. V MS DOS-u pa bo računalnik najver-
jetneje "obvisel", tipkovnica pa se bo še vedno odzivala. Običajno boste
ponovni zagon lahko dosegli že s kombinacijo tipk Control-l-Alt-l-Delete.
Drugi način, s katerim boste verjetno tudi izzvali napako, je, da prevedete
in poženete spodnji enovrstični program v C-ju:
unsigned ehar maine] = { OxfO, OxOf, Oxe7, Oxe8 };
Tudi proizvajalci strojne opreme počasi postajajo podobni izdelo-
valcem programske opreme. Slednji so nas že pred časom "navadili" na
izdelke z napakami in kopico pomanjkljivosti ter na njihovo nikoli do-
končano "razhroščevanje" . Zdi se, da se nam sčasoma nekaj podobnega
obeta tudi pri strojni opremi za osebne računalnike.
Če radi križarite po internetu, potem si lahko uradne Intelove razlage
križev in težav s procesorjem Pentium preberete na naslovu
http://support.intel.eom,
zamolčana dejstva pa boste našli na naslovu
http://www.x86.org.
Da ne bo pomote, ločil na koncu obeh naslovov vam ni treba odtipkati .
Martin Juvan, Jože Marinček