Shift- und Rotationsfunktionen

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Im Kommentar zu Carry Bit: How does it work ist nach den Shift- und Rotationsfunktionen gefragt worden. Welche es genau gibt, hängt natürlich von der Prozessorarchitektur ab, aber grundsätzlich muss man die folgenden Aspekte beachten:

  • 8, 16, 32, 64,… Bit: Wieviele Bits sind von der Operation betroffen?
  • Shift vs. Rotate: Beim Shift werden an einer Seite Bits als 0 oder 1 ergänzt und auf der anderen Seite wandern sie in das Carry-Bit, beim Rotieren werden Bits im Kreis rotiert, die herausfallenden Bits vom einen Ende werden am anderen Ende wieder eingefügt.
  • ROL und ROR vs RCL und RCR: Beim Rotieren durch Carry wird das Carry-Bit als 9., 17., 33. oder 65. Bit miteinbezogen.
  • Logical vs. Arithmetic Shift: Bezieht sich auf die Vorzeichenbehandlung. Für arithmetic Shift wird die Zahl als vorzeichenbehaftet im Zweierkomplement gelesen wird. Deshalb wird beim Right-Shift nicht zwingend eine 0 als höchstwertiges Bit eingefügt, sondern je nach Vorzeichen eine 0 oder eine 1.

Heutige CPUs haben Barrelshifter oder etwas vergleichbares eingebaut und können deshalb auch Shift- und Rotate-Operationen um mehr als eine Bit-Position schnell ausführen.

Wie die Befehle genau heißen, und welche es gibt, hängt vom Prozessor ab:

Beispiele (8 Bit), Verschiebung oder Rotation nur um eine Bitposition:

Vorher (Carrybit in Klammern)ROL
(rotate left)
RCL
(rotate left through carry)
ROR
(rotate right)
RCR
(rotate right through carry)
ASL / SHL
(arithmetic/logical shift left)
SHR
(logical shift right)
ASR
(arithmetic shift right)
00000000 (0)00000000 (0)00000000 (0)00000000 (0)00000000 (0)00000000 (0)00000000 (0)00000000 (0)
00000000 (1)00000000 (1)00000001 (0)00000000 (1)10000000 (0)00000000 (0)00000000 (0)00000000 (0)
00000001 (0)00000010 (0)00000010 (0)10000000 (0)00000000 (1)00000010 (0)00000000 (1)00000000 (1)
00000001 (1)00000010 (1)00000011 (0)10000000 (1)10000000 (1)00000010 (0)00000000 (1)00000000 (1)
10000000 (0)00000001 (0)00000000 (1)01000000 (0)01000000 (0)00000000 (1)01000000 (0)11000000 (0)
10000000 (1)00000001 (1)00000001 (1)00000001 (1)11000000 (0)00000000 (1)01000000 (0)11000000 (0)
11111111 (0)11111111 (0)11111110 (1)11111111 (0)01111111 (1)11111110 (1)01111111 (1)11111111 (1)
11111111 (1)11111111 (1)11111111 (1)11111111 (1)11111111 (1)11111110 (1)01111111 (1)11111111 (1)

Diese Shift- und Rotate-Operationen braucht man vor allem, um Multiplikation mit Zweierpotenzen und Division durch Zwierpotennzen auszudrücken. In C, C++, Perl, Java und einigen anderen Programmiersprachen gibt es diese Operationen „<<" (für ASL oder SHL), ">>“ (für SHR) und „>>>“ für ASR.

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Ein Gedanke zu „Shift- und Rotationsfunktionen

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