8.2. Der Registersatz moderner CPUs und Einchipcontroller

Letztmalig dran rumgefummelt: 12.11.17 15:00:33

	Register sind schnelle Zwischenspeicher für prozessorinterne Operanden. Einige Register sind dabei sowohl Quelle als auch Ziel von Operationen - man nennt sie Akkumulatoren. Deren Anzahl und Bitbreite ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit eines Prozessors. Eine ganze Reihe von Funktionen ist überhaupt nur von diesen Spezialregistern aus möglich.
	1. Aufbau und Funktion eines Registersatzes   2. Ausgewählte Registerstrukturen   3. Spezialregister und Zugriff auf automatisierte Speicherbereiche   4. Z80-Registersatz   5. Verwandte Themen
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	Otto G. Folberth hat unterschiedliche Eigenschaften von Menschen und herkömmlichen Computern mit wenigen Worten prägnant dargestellt: Die traditionellen Geräte und Systeme der Daten- und Informationsverarbeitung - die „Computer“ - sind in ihrer Handhabung stark von ihren immanenten Strukturen und Fähigkeiten bestimmt. Diese sind fundamental verschieden von den menschlichen Fähigkeiten und Vorgehensweisen, ja sie sind - in gewisser Beziehung - oft komplementär zu diesen (siehe Tabelle). Das bedeutet, dass sich der Mensch, der sich solcher Maschinen bedient (der „Operator“), den Idiosynkrasien (Überempfindlichkeit) dieser Maschinen weitgehend anpassen muss, um sie effektiv nutzen zu können. Hierfür ist eine nicht unbeträchtliche Expertise erforderlich, die nur in einer aufwendigen Ausbildung (z. B. das Programmieren in Maschinensprache“) erworben werden kann und die nur bei einem hohen Stand an minutiösem, fehlerfreiem Handeln brauchbare Resultate liefert. Friedrich Gasper, Ina Leiß, Mario Spengler, Hermann Stimm; „Technische und Theoretische Informatik“; Bayrischer Schulbuchverlag München; 1. Auflage 1992; S. 64 ff.

1. Aufbau und Funktion eines Registersatzes

	Register sind so etwas wie de Variablen in einer Hochsprache auf niedrigster Ebene jegliche hardwarenahe Programmierung wird nur über die Register erledigt (mehr ist nicht da!), vergiss allerdings Arrays oder gar dynamische Datenstrukturen - sie sind da, aber zusammenstellen, sprich deklarieren musst Du sie Dir schon selbst. Spezielle Funktionen übernahmen dabei immer die Akkumulator-Register - sie sind Quelle eines der beteiligten Operanden und Ziel des Ergebnisses einer arithmetisch/logischen Operation. Akku's kann man gar nicht genug haben. Begnügten sich ältere CPU's noch mit einem Akkumulator, so statten die modernen CPU's prinzipiell fast alle Register mit Akkumulatorfunktion aus. Eventuell muss diese softwaretechnisch zu geschalten werden - ist also nicht von Hause aus präsent.
	„... und deswegen mag ich die binäre Technik.  Da gibt es nur 3 Zustände: High, Low und kaputt.“ News Group de.talk.jokes
	einige CPU's können ihren Hauptregistersatz umschalten auf einen Alternativsatz, welcher dann bis zu einem weiteren Umschalten als Hauptregistersatz fungiert
	befehlsweise und/oder per Struktur können Register auch zu Gruppen zusammengefasst werden und somit ist die Datenbreite automatisch verdoppelt

2. Ausgewählte Registerstrukturen

	Da nur die CPU in der Lage ist, arithmetische Berechnungen sowie logische Verknüpfungen von Bitmustern durchzuführen, unterscheiden sich Aufbau und Funktion ganz wesentlich von den Programmierungsregistern externer Geräte.
	Der Akkumulator ist ein aus mehreren Flipflops bestehendes Register für spezielle Anwendungen. Die Anzahl der Flipflops entspricht der Wortlänge des Mikroprozessors. Normalerweise speichert er einen Operanden, der in der ALU verarbeitet werden soll. Aber auch das Ergebnis einer arithmetischen bzw. logischen Operation wird ihm zugeführt. Auszeichnungsregister sind die Akkumulatoren - sie stellen immer den linken der beteiligten Operanden - somit bei Subtraktionen immer den Minuenden sie werden in der Assemblernotation nicht explizit angegeben - müssen streng genommen aber mit in die Notation einbezogen werden SUB C steht also eigentlich SUB A, C sie enthalten immer das Ergebnis einer arithmetischen oder logischen Operation
	für die Mehrzahl der "datenverändernden" Befehle stellt das "Standardregister" einen der beteiligten Operanden
	weitere Register sind funktionsgebunden - d. h., einige Befehle arbeiten automatisch mit eben diesen DJNZ - also Decrement and Jump relative on Not Zero verwendet automatisch Register B als Decrementor und Zero-Kennung auch die LDIR sowie OTIR (aber auch die äquivalenten Decrement-Befehle) verwenden die Registerpaare BC, DE, sowie HL

3. Spezialregister und Zugriff auf automatisierte Speicherbereiche

	Zu den Spezialregistern gehören all diejenigen CPU-internen Speicherplätze, welche nicht oder nicht direkt vom Programmierer in seine Algorithmen einzubeziehen sind oder dies nicht sollten.
	FLAG-Register
	Indexregister
	Programcounter Programmzähler (PC Programm counter) Der Programmzähler (auch Befehlszähler genannt) sorgt dafür, dass der Mikroprozessor stets weiß, unter welcher Adresse der nächste zu holende und zu verarbeitende Befehl zu finden ist. Zu Beginn einer Programmabarbeitung wird er in der Regel nullgestellt und während der Abarbeitung jedes Befehlsbytes um Eins erhöht, da das Programm normalerweise in aufeinander folgenden Speicheradressen enthalten ist. Eine Abweichung vom üblichen inkrementellen Ablauf tritt bei Sprungbefehlen auf. Hierbei wird der Programmzähler mit derjenigen Speicheradresse geladen, zu der gesprungen werden soll. Ein 16-bit-Programmzähler kann 216 = 65 536 Speicherplätze adressieren.
	Stackpointer
	Refresh-Register
	Interruptstatus-Flip-Flop

4. Z80-Registersatz

	Bedingt durch seine 8-Bit Struktur sowie die kleine Anzahl von Registern ist die Z80-CPU relativ einfach aufgebaut. Dennoch stellt er für die Industrie bis in die Gegenwart in Form von Einchip-Controllern eine sinnvolle Alternative dar. Die vor allem, weil auf seiner Hardware mit CPM das letzte fehlerfreie Betriebssystem existierte.
	Haupt- und Alternativregistersatz
	Indexregister

5. Verwandte Themen

	Was ist alles mit dem Betriebssystem eines Microcomputers verwandt? Antwort: faktisch der gesamte Bereich der Digitalelektronik und sowieso die gesamte Technik der Software-Technologie der Vergangenheit, Gegenwart sowie zumindest der nächsten Zukunft.
	Bereich Mikroprozessortechnik ... und so funktioniert ein Computer Prozessoraufbau für Fortgelaufene ;-) BUS-Systeme Flags Cash-Speichero Befehlspipeling Stack-Operationen
	der LC-80 POLYCOMPUTER Z80-CPU Mnemonic-Code-Notation höhere Programmierwerkzeuge ... und so funktioniert ein Computer   die beliebte alphabetisch sortierte Schnell-Liste die beliebte numerisch sortierte Schnell-Liste Allgemeine FLAG-Wirkung FLAG-Wirkung auf OP-Code-Gruppen Alphabetisch sortierte Dokumentation FLAG Teile I FLAG Teile 2 Allgemeine Funktionssymbolik Der LC-80 Simulator Blockschaltbild eines Einchiprechners
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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha

© Frank Rost im April 1993

... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-) „Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“ Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist

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