registros de control y estado

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Mapas conceptuales para la enseñanza de Arquitectura de Computadoras
REGISTROS DE CONTROL Y ESTADO
Hay diversos registros de la CPU que se emplean para controlar su funcionamiento,
la mayoría de ellos, en muchas máquinas, no son visibles por el usuario. Algunos de
ellos pueden ser visibles a instrucciones de máquina ejecutadas en un modo de
control o de SO.
Naturalmente máquinas diferentes tendrán diferentes organizaciones de registros
y usarán distinta terminología. Son esenciales cuatro registros para la ejecución de
una instrucción:
Contador de programa (PC) contiene la dirección de la instrucción a captar.
Registro de instrucción (IR) contiene la instrucción captada más recientemente.
Registro de dirección de memoria (MAR) contiene la dirección de una posición de
memoria.
Registro intermedio de memoria (MBR) contiene la palabra de datos a escribir en
memoria, o la palabra leída más recientemente.
Normalmente, la CPU actualiza el contador de programa después de cada captación
de instrucción, de manera que siempre apunta a la siguiente instrucción a ejecutar.
Una instrucción de bifurcación o salto también codificará el contenido de PC. La
instrucción captada se carga en IR, donde se analiza el código de operación y los
campos del operando. Se intercambian datos con la memoria por medio de MAR y
de MBR, en un sistema con organización de bus, MAR se conecta directamente al
bus de direcciones y MBR directamente al bus de datos. Los registros visibles por
el usuario intercambian repetidamente datos con MBR.
Los cuatro registros mencionados se usan para la transferencia de datos entre la
CPU y la memoria. Dentro de la CPU, los datos tienen que ofrecerse a la ALU para
su procesamiento, la ALU puede tener acceso directo a MBR y a los registros
visibles para el usuario. Como alternativa, puede haber registros intermedios
adicionales en torno a la ALU, estos sirven como registros de I/O de la ALU, e
intercambian datos con MBR y los registros visibles.
Todos los diseños de la CPU incluyen un registro o conjunto de registros, conocidos
a menudo como palabra de estado del programa (PSW), que contiene información
de estado. PSW contiene normalmente códigos de condición, además de otra
información de estado. Entre los campos o indicadores se incluyen los siguientes:
Signo: contiene el bit de signo del resultado de la última operación aritmética.
Cero: puesto a uno cuando el resultado es 0.
Acarreo: puesto a uno si una operación da lugar a un acarreo (suma) o a un adeudo
(resta) del bit más significativo. Se usa en operaciones aritméticas multipalabras.
Igual: puesto a uno si el resultado de una comparación lógica es igualdad.
Desbordamiento: usado para indicar un desbordamiento aritmético.
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Interrupciones habilitadas/inhabilitadas: usado para permitir o inhabilitar
interrupciones.
Supervisor: indica si la CPU funciona en modo supervisor o usuario, únicamente en
modo supervisor se pueden ejecutar ciertas instrucciones privilegiadas y se puede
acceder a ciertas áreas de memoria.
En algún diseño concreto de la CPU es posible encontrar otros registros relativos a
estado y control. Además de PSW, puede existir un puntero a un bloque de
memoria que contenga información de estado adicional (por ejemplo, bloques de
control de procesos). En las máquinas que usan interrupciones vectorizadas puede
existir un registro de vector de interrupción. Si se utiliza una pila, para llevar a
cabo ciertas funciones (llamada a subrutina), se necesita un puntero de pila de
sistema. En un sistema de memoria virtual se usa un puntero a la tabla de páginas,
por último, pueden utilizarse registros para el control de operaciones de E/S.
En el diseño de la organización de los registros de control y estado entran en juego
varios factores, una cuestión importante es el soporte el SO. Algunos tipos de
información de control son de utilidad específica para el SO. Si el diseñador de la
CPU posee una comprensión funcional del SO que se va a utilizar, la organización
de los registros puede adaptarse, hasta cierto punto, a ese SO.
Otra decisión clave en el diseño, es la distribución de la información de control
entre registros y memoria, es frecuente dedicar los primeros (más bajos) pocos
cientos o miles de palabras de memorias para fines de control, el diseñador debe
decidir cuánta información de control debiera estar en registros y cuánta en
memoria. Surge el habitual compromiso entre coste y velocidad.