Prozessorgrundlagen: Von-Neumann-Architektur, Teil 2

Register im Leit- und Rechenwerk

Beide Teileinheiten benötigen zur Befehlsbearbeitung Speicherplatz, der ausschließlich vom Prozessor verwaltet wird und außerhalb des "normalen" Code- beziehungsweise Datenspeichers liegt. Diese Speicherstellen bezeichnet man im Allgemeinen als Register. Sie sind in drei Kategorien eingeteilt:

  • Datenregister zur Aufnahme von Operanden sowie zur Speicherung von Ergebnissen

  • Adressregister zur Adressierung von Operanden im Speicherbereich des Prozessors

  • Steuerregister zur Steuerung des Ablaufs der normalen Befehlsbearbeitung und für besondere Situationen (Ausnahmebehandlung)

Die für eine maschinennahe Programmierung direkt ansprechbaren Register sind im Registermodell (dazu später) zusammengefasst. In diesem Fall müssen die Register auch adressiert werden beziehungsweise dienen im Fall der Nutzung als Adressregister zur Adressierung von Speicherzellen.

Die Register in einem Prozessor lassen sich hierbei nicht immer eindeutig einem Bereich (Leitwerk oder Rechenwerk) zuordnen. Am ehesten gelingt dieses für die Datenregister, die im Bereich des Rechenwerks (ALU) liegen. Diese Register besitzen eine zentrale Rolle im Rahmen der Berechnung neuer Werte. In modernen Konzepten wird die Anzahl der Datenregister möglichst auf hohem Niveau gehalten, da die Ausführungszeiten von Befehlen mit internen Daten deutlich unter denjenigen mit Daten aus dem Speicher liegen.

Die erwähnten Adressregister können dem Leitwerk (CU) zugerechnet werden. Diese Register sind für eine Adressierung von Operanden zuständig, die nicht in der sequenziellen Abfolge des Programmzählers liegen. Diese Adressregister werden im Rahmen der Befehlsbearbeitung mit der berechneten Adresse geladen und bestimmen während des Bustransfers die am Adressbus liegenden Signale. Zu den Steuerregistern, die wiederum weitest gehend dem Leitwerk zuzuordnen sind, zählen der Programmzähler, das Statusregister und der Stackpointer des Prozessors. Den Stackpointer kann man auch als Adressregister mit zusätzlicher Funktionalität bezeichnen.