A Organização dos Registradores do Processador

1. UCP e Registradores

No sistema computacional tem-se o processador como o destino final de qualquer tipo de memória, em que o armazenamento das informações que chegam é o objetivo final. O processador é responsável pela execução de instruções, manipulação de dados e pela produção dos resultados das equações. Primeiramente, antes de qualquer ação nas unidades que compõem o processador, é preciso que o mesmo busque as instruções em seu armazenamento localizado na memória principal ou de cache. Os resultados das instruções precisam, as vezes, serem armazenados por um determinado tempo, para isso a UCP armazena em pequenas memórias, os registradores (Filho).

2. Registradores

Um registrador é um circuito lógico que tem a finalidade de reter a curto prazo um conjunto de bits, localizado internamente à UCP, na qual os dados que foram buscados na memória são armazenados. Eles funcionam como um nível de hierarquia acima das memórias principal e cache (Stallings 2002).

A UCP apresenta duas funções em seus registradores, sendo eles: os visíveis para o usuário e os de controle e de estado. O primeiro proporciona ao programador em linguagem de máquina reduzir referências à memória, por meio do aprimoramento do uso de registradores. Já o segundo, são usados pela unidade de controle afim de controlar a operação da UCP e por programas do sistema operacional que possuem privilégios para administrar a execução de programas (Stallings 2002).

2.1 Visíveis para o Usuários

São considerados registradores visíveis para o usuário os que podem ser referenciados pela linguagem de máquina executada pela Unidade Central de Processamento. Os visíveis para o usuário podem ser classificados em quatro categorias de registradores, que são: de propósito geral, de dados, de endereço e de códigos de condição.

Os registradores de uso geral, podem ser usados para diversas funções, em que podem guardar qualquer operando, até mesmo sendo usado em conjuntos de instruções ortogonais à operação. Normalmente existe restrições, tais como os registradores que são dedicados para pontos flutuantes e operações de pilha. Os registradores de uso geral também podem ser utilizados para endereçamento (Stallings 2002).

Diferente dos registradores de uso geral, os de dados podem ser usados apenas para dados, não podendo ser aplicados nos cálculos de endereços. Há uma separação clara entre registradores de dados e de endereços, visto que os registradores de endereço podem até certo ponto ser utilizados como de propósito geral ou ainda para um especifico modo de endereçamento, como por exemplo, ponteiros para segmentos usados para conter o endereço da base de um segmento, registradores de índices usados para o endereçamento indexado e ponteiros para pilha que são usados para indicar o topo de uma pilha (Stallings 2002).

De acordo com Stallings (2002), o projeto do conjunto de registradores envolve diversas questões. Dentre as questões tem-se os registradores serão de uso geral ou especifico. Registradores especializados reduzem o número de bits, entretanto dificultam o trabalho ao programar. Outra questão relacionada ao projeto é que quanto maior o número de registradores mais reduz o acesso à memória, o tamanho do registrador deve ser suficiente para acomodar o maior endereço, já o tamanho dos registradores de dados deve ser usado de forma que possibilite o uso de valores de diversos tipos.

Por último, os registradores de códigos de condição ou flags, nesse tipo de registrador bits escritos pela UCP como resultados de operações podem ser usados em testes de condições. Enquanto algumas máquinas salvam automaticamente os registros visíveis ao usuário em seu processo de sub-rotina, outras é preciso que o usuário inclua as instruções especificas para este processo no programa (Stallings 2002).

2.2 De Controle e de Estado

A Unidade Central de Processamento possui diversos registradores que são usados para o seu controle de uso, em que sua maioria não são visíveis ao usuário. Entretanto, alguns registradores podem ser visíveis as instruções de máquina, desde que as mesmas sejam executadas no modo de controle ou de sistema operacional. Dentre os registradores de Estado e de Controle, quatro deles são fundamentais para execução de instruções (Stallings 2002), sendo eles:

• Contador do Programa (PC) – Contém o endereço da próxima instrução a ser buscada. É utilizado pela UCP ao manusear os códigos de instrução, devido a sua necessidade de armazenar os endereços da palavra de memória.

• Registrador de Instrução (IR) – Contém a última instrução buscada. A UCP ao manusear os códigos de instrução