Unidad 2: Estructura y Funcionamiento de la CPU

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Ingeniería En Sistemas Computacionales
Arquitectura de Computadoras
(Unidad 2: Estructura y Funcionamiento de la CPU)

2.2. ESTRUCTURA DE REGISTROS
Un computador emplea una jerarquía de memoria. En los niveles más altos de la jerarquía, la memoria es más rápida, más pequeña y más cara (por bit).Dentro de la CPU hay un conjunto de registros que funciona como un nivel de memoria, por encima de la memoria principal y de la caché en la jerarquía. Los registros de la CPU son de dos tipos:
•Registros visibles para el usuario:
Permiten al programador de lenguaje máquina o ensamblador, minimizar las referencias a memoria principal cuando optimiza el uso de registros.
•Registros de control y deestado:
Son utilizados por la unidad de control para controlar el funcionamiento de la CPU, y por programas privilegiados del sistema operativo para controlar la ejecución de programas. No hay una separación bien definida de registros dentro de estas dos categorías. Por ejemplo, en algunas máquinas el contador de programa es visible para el usuario (por ejemplo, en el VAX), pero en muchas no lo es.2.2.1. Registros visibles para el usuario
Un registro visible para el usuario es uno que puede ser referenciado por medio del lenguaje máquina que ejecuta la CPU. Podemos clasificarlos en las siguientes categorías:
•Uso general
•Datos
•Direcciones
•Códigos de condición
Los registros de uso general pueden ser asignados por el programador a diversas funciones. A veces, su uso dentro delrepertorio de instrucciones depende de la operación. Es decir, cualquier registro de uso general puede contener el operando para cualquier código de operación. Esto proporciona una utilización de registros de auténtico uso general. Con frecuencia, sin embargo, existen restricciones. Por ejemplo, puede haber registros específicos para operaciones en coma flotante y operaciones de pila. En algunos casos,los registros de uso general pueden ser utilizados para funciones de direccionamiento (este tema será visto más adelante en esta asignatura). En otros casos, hay una separación parcial o total entre registros de datos y registros de direcciones. Los registros de datos pueden usarse únicamente para contener datos, y no se pueden emplear en el cálculo de una dirección de operando. Los registros dedirección pueden ser de uso más o menos generales, o pueden estar dedicados a un modo de direccionamiento particular. Entre otros, se pueden citar los siguientes ejemplos:
•Punteros de segmento:
En una máquina con direccionamiento segmentado un registro de segmento contiene la dirección de la base del segmento. Puede haber múltiples registros: por ejemplo, uno para el sistema operativo y otropara el proceso actual.
•Registros índices:
Se usan para direccionamiento indexado, y pueden ser auto indexado.
•Puntero de pila:
Si existe direccionamiento a pila visible al usuario, la pila está normalmente en memoria, y hay un registro dedicado que apunta a la cabecera de ésta. Esto permite un direccionamiento implícito; es decir, apilar (“push”), desapilar (“pop”), y otras instrucciones delapila que no necesitan contener un operando explícito referente a ella. Hay aquí varias cuestiones de diseño a estudiar. Una importante, es si usar registros de uso
Completamente general o si especializar su uso. Con el uso de registros especializados, generalmente puede quedar implícito en el código de operación a qué tipo de registro se refiere un determinadocampo de operando. El campo deoperando sólo debe identificar uno de entre un conjunto de registros especializados, en lugar de uno de entre todos los registros, lo cual ahorra bits. Por otra parte, esta especialización limita la flexibilidad del programador. No hay una óptima y definitiva solución a este problema de diseño, pero, como se mencionó, la tendencia parece ir hacia el uso de registrosespecializados.Otro problema de...