Registros.
Los procesadores de la arquitectura x86-64 disponen de un banco de registros
formado por registros de propósito general y registros de propósito específico.
Registros de propósito general hay 16 de 64 bits y de propósito específico hay
6 registros de segmento de 16 bits, también hay un registro de estado de 64
bits (RFLAGS) y un registro contador de programa también de 64 bits (RIP).
Los registros del procesador son una porción de memoria ultrarrápida, se emplean para:
• Controlar instrucciones en ejecución.
• Controlar instrucciones en ejecución.
• Manejar direccionamiento de memoria.
• Proporcionar capacidad aritmética.
• Los registros son espacios físicos dentro del microprocesador con capacidad de 4 bits hasta 64 bits dependiendo del microprocesador que se emplee.
• Los registros son espacios físicos dentro del microprocesador con capacidad de 4 bits hasta 64 bits dependiendo del microprocesador que se emplee.
• Los bits, por conveniencia, se numeran de derecha a izquierda: (15,14,13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0).
Los registros del procesador
se emplean para controlar instrucciones en ejecución, manejar direccionamiento
de memoria y proporcionar capacidad aritmética. Los registros son
direccionables por medio de un nombre. Los bits por convención, se numeran de
derecha a izquierda, como en:
… 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5
4 3 2 1 0
Los registros internos del
procesador se pueden clasificar en 6 tipos diferentes:
1. Registros de segmento
2. Registros de propósito general
3. Registros de apuntadores
4. Registros de banderas
5. Registros de Puntero de instrucción
6. Registros de Pila
Registros de segmento
Un registro de segmento tiene
16 bits de longitud y facilita un área de memoria para direccionamiento
conocida como el segmento actual.
Registro CS. El DOS almacena
la dirección inicial del segmento de código de un programa en el registro CS.
Esta dirección de segmento, mas un valor de desplazamiento en el registro
apuntador de instrucción (IP), indica la dirección de una instrucción que es
buscada para su ejecución.
Registro DS. La dirección
inicial de un segmento de datos de programa es almacenada en el registro DS. En
términos sencillos, esta dirección, mas un valor de desplazamiento en una
instrucción, genera una referencia a la localidad de un byte especifico en el segmento
de datos.
Registro SS. El registro SS
permite la colocación en memoria de una pila, para almacenamiento temporal de
direcciones y datos. El DOS almacena la dirección de inicio del segmento de
pila de un programa en le registro SS. Esta dirección de segmento, mas un valor
de desplazamiento en el registro del apuntador de pila (SP), indica la palabra
actual en la pila que esta siendo direccionada.
Registros ES. Alguna
operaciones con cadenas de caracteres (datos de caracteres) utilizan el
registro extra de segmento para manejar el direccionamiento de memoria. En este
contexto, el registro ES esta asociado con el registro DI (índice). Un programa
que requiere el uso del registro ES puede inicializarlo con una dirección de
segmento apropiada.
Registros FS y GS. Son
registros extra de segmento en los procesadores 80386 y posteriores.
Registros de propósito
general.
Los registros de propósito
general AX, BX, CX y DX son los caballos de batalla del sistema. Son únicos en
el sentido de que se puede direccionarlos como una palabra o como una parte de
un byte. El ultimo byte de la izquierda es la parte “alta”, y el ultimo byte de
la derecha es la parte “baja”. Por ejemplo, el registro CX consta de una parte
CH (alta) y una parte Cl (baja), y usted puede referirse a cualquier parte por
su nombre.
Registro AX. El registro AX,
el acumulador principal, es utilizado para operaciones que implican
entrada/salida y la mayor parte de la aritmética. Por ejemplo, las
instrucciones para multiplicar , dividir y traducir suponen el uso del AX.
También, algunas operaciones generan código mas eficiente si se refieren al AX
en lugar de a los otros registros.
Registro BX. El BX es conocido
como el registro base ya que es el único registro de propósito general que
puede ser índice para direccionamiento indexado. También es común emplear el BX
para cálculos.
Registro DX. El DX es conocido
como l registro de datos. Alguna operaciones de entrada/salida requieren uso, y
las operaciones de multiplicación y división con cifras grandes suponen al DX y
al AX trabajando juntos.
Registro de Apuntador de
Instrucciones.
El registro apuntador de
instrucciones (IP) de 16 bits contiene el desplazamiento de dirección de la
siguiente instrucción que se ejecuta. El IP esta asociado con el registro CS en
el sentido de que el IP indica la instrucción actual dentro del segmento de
código que se esta ejecutando actualmente. Los procesadores 80386 y posteriores
tienen un IP ampliado de 32 bits, llamado EIP.En el ejemplo siguiente, el
registro CS contiene 25A4[0]H y el IP contiene 412H. Para encontrar la
siguiente instrucción que será ejecutada, el procesador combina las direcciones
en el CS y el IP:
Segmento de dirección en el
registro CS: 25A40H Desplazamiento de dirección en el registro IP: + 412H Dirección
de la siguiente instrucción: 25E52H
Registros Apuntadores.
Los registros SP (apuntador de
la pila) Y BP (apuntador de base) están asociados con el registro SS y permiten
al sistema accesar datos en el segmento de la pila.Registro SP. El apuntador de
la pila de 16 bits esta asociado con el registro SS y proporciona un valor de
desplazamiento que se refiere a la palabra actual que esta siendo procesada en
la pila. Los procesadores 80386 y posteriores tienen un apuntador de pila de 32
bits, el registro ESP. El sistema maneja de forma automática estos registros.
En el ejemplo siguiente, el
registro SS contiene la dirección de segmento 27B3[0]H y el SP el
desplazamiento 312H. Para encontrar la palabra actual que esta siendo procesada
en la pila, la computadora combina las direcciones en el SS y el SP:
Registro BP. El BP de 16 bits
facilita la referencia de parámetros, los cuales son datos y direcciones
transmitidos vía pila. Los procesadores 80386 y posteriores tienen un BP
ampliado de 32 bits llamado el registro EBP.
Registros Indice.
Los registros SI y DI están disponibles
para direccionamiento indexado y para sumas y restas.
Registro SI. El registro
índice fuente de 16 bits es requerido por algunas operaciones con cadenas (de
caracteres). En este contexto, el SI esta asociado con el registro DS. Los
procesadores 80386 y posteriores permiten el uso de un registro ampliado de 32
bits, el ESI.
Registro DI. El registro
índice destino también es requerido por algunas operaciones con cadenas de
caracteres. En este contexto, el DI esta asociado con el registro ES. Los procesadores
80386 y posteriores permiten el uso de un registro ampliado de 32 bits, el EDI.
Registro de Banderas.
De los 16 bits del registro de
banderas, nueve son comunes a toda la familia de procesadores 8086, y sirven
para indicar el estado actual de la maquina y el resultado del procesamiento.
Muchas instrucciones que piden comparaciones y aritmética cambian el estado de
las banderas, algunas cuyas instrucciones pueden realizar pruebas para
determinar la acción subsecuente. En resumen, los bits de las banderas comunes
son como sigue:
OF (Overflow, desbordamiento).
Indica desbordamiento de un bit
de orden alto (mas a la
izquierda) después de una operación aritmética.
DF (dirección). Designa la
dirección hacia la izquierda o hacia la derecha para mover o comparar cadenas
de caracteres.
IF (interrupción). Indica que
una interrupción externa, como la entrada desde el teclado, sea procesada o
ignorada.
TF (trampa). Permite la
operación del procesador en modo de un paso. Los programas depuradores, como el
DEBUG, activan esta bandera de manera que usted pueda avanzar en la ejecución
de una sola instrucción a un tiempo, para examinar el efecto de esa instrucción
sobre los registros de memoria.
SF (signo). Contiene el signo
resultante de una operación aritmética (0 = positivo y 1 = negativo).
ZF (cero). Indica el resultado
de una operación aritmética o de comparación (0 = resultado diferente de cero y
1 = resultado igual a cero).
AF (acarreo auxiliar).
Contiene un acarreo externo del bit 3 en un dato de 8 bits para aritmética
especializada.
PF (paridad). Indica paridad
par o impar de una operación en datos de 8 bits de bajo orden (mas a la
derecha).
CF (acarreo). Contiene el
acarreo de orden mas alto (mas a la izquierda) después de una operación
aritmética; también lleva el contenido del ultimo bit en una operación de
corrimiento o de rotación. Las banderas están en el registro de banderas en las
siguientes posiciones:
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Las banderas mas importantes
para la programación en ensamblador son O, S, Z y C, para operaciones de
comparación y aritméticas, y D para operaciones de cadenas de caracteres. Los
procesadores 80286 y posteriores tienen algunas banderas usadas para propósitos
internos, en especial las que afectan al modo protegido. Los procesadores 80286
y posteriores tienen un registro extendido de banderas conocido como Eflags.
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Registros de PILA
La pila es un área de memoria
importante y por ello tiene, en vez de uno, dos registros que se usan como
desplazamiento (offset) para apuntar a su contenido. Se usan como complemento
al registro y son:
-SP- Stack Pointer: Se traduce
como puntero de pila y es el que se reserva el procesador para uso propio en
instrucciones de manipulado de pila. Por lo general , el programador no debe
alterar su contenido.
-BP- Base pointer: Se usa como
registro auxiliar. El programador puede usarlo para su provecho.
Claro que estos nombres y
tipos de registros son estándar, ya que cada fabricante puede utilizar otros
registro que reemplacen a estos o los auxilien, aun así, los fabricantes que
usan otros registro tienen la misma función que los anteriormente mencionados
Ejemplo
Registros de uso general del
8086/8088:
Tienen 16 bits cada uno y son
ocho:
1. AX = Registro acumulador, dividido en AH y AL (8 bits cada
uno). Usándolo se produce (en general) una instrucción que ocupa un byte menos
que si se utilizaran otros registros de uso general. Su parte más baja, AL,
también tiene esta propiedad. El último registro mencionado es el equivalente
al acumulador de los procesadores anteriores (8080 y 8085). Además hay
instrucciones como DAA; DAS; AAA; AAS; AAM; AAD; LAHF; SAHF; CBW; IN y OUT que
trabajan con AX o con uno de sus dos bytes (AH o AL). También se utiliza este
registro (junto con DX a veces) en multiplicaciones y divisiones.
2. BX = Registro base, dividido en BH y BL. Es el registro base
de propósito similar (se usa para direccionamiento indirecto) y es una versión
más potente del par de registros HL de los procesadores anteriores.
3. CX = Registro contador, dividido en CH y CL. Se utiliza como
contador en bucles (instrucción LOOP), en operaciones con cadenas (usando el
prefijo REP) y en desplazamientos y rotaciones (usando el registro CL en los dos
últimos casos).
4. DX = Registro de datos, dividido en DH y DL. Se utiliza
junto con el registro AX en multiplicaciones y divisiones, en la instrucción
CWD y en IN y OUT para direccionamiento indirecto de puertos (el registro DX
indica el número de puerto de entrada/salida).
5. SP = Puntero de pila (no se puede subdividir). Aunque es un
registro de uso general, debe utilizarse sólo como puntero de pila, la cual
sirve para almacenar las direcciones de retorno de subrutinas y los datos
temporarios (mediante las instrucciones PUSH y POP). Al introducir (push) un
valor en la pila a este registro se le resta dos, mientras que al extraer (pop)
un valor de la pila este a registro se le suma dos.
6. BP = Puntero base (no se puede subdividir). Generalmente se
utiliza para realizar direccionamiento indirecto dentro de la pila.
7. SI = Puntero índice (no se puede subdividir). Sirve como
puntero fuente para las operaciones con cadenas. También sirve para realizar
direccionamiento indirecto.
8. DI = Puntero destino (no se puede subdividir). Sirve como
puntero destino para las operaciones con cadenas. También sirve para realizar
direccionamiento indirecto.
REPORT THIS AD
Cualquiera de estos registros
puede utilizarse como fuente o destino en operaciones aritméticas y lógicas
Indicadores (flags)
Hay nueve indicadores de un
bit en este registro de 16 bits. Los cuatro bits más significativos están
indefinidos, mientras que hay tres bits con valores determinados: los bits 5 y
3 siempre valen cero y el bit 1 siempre vale uno (esto también ocurría en los
procesadores anteriores).
CF (Carry Flag, bit 0): Si
vale 1, indica que hubo “arrastre” (en caso de suma) hacia, o “préstamo” (en
caso de resta) desde el bit de orden más significativo del resultado. Este
indicador es usado por instrucciones que suman o restan números que ocupan
varios bytes. Las instrucciones de rotación pueden aislar un bit de la memoria
o de un registro poniéndolo en el CF.
PF (Parity Flag, bit 2): Si
vale uno, el resultado tiene paridad par, es decir, un número par de bits a 1.
Este indicador se puede utilizar para detectar errores en transmisiones.
AF (Auxiliary carry Flag, bit
4): Si vale 1, indica que hubo “arrastre” o “préstamo” del nibble (cuatro bits)
menos significativo al nibble más significativo. Este indicador se usa con las
instrucciones de ajuste decimal.
ZF (Zero Flag, bit 6): Si este
indicador vale 1, el resultado de la operación es cero.
SF (Sign Flag, bit 7): Refleja
el bit más significativo del resultado. Como los números negativos se
representan en la notación de complemento a dos, este bit representa el signo:
0 si es positivo, 1 si es negativo.
TF (Trap Flag, bit 8): Si vale
1, el procesador está en modo paso a paso. En este modo, la CPU automáticamente
genera una interrupción interna después de cada instrucción, permitiendo
inspeccionar los resultados del programa a medida que se ejecuta instrucción
por instrucción.
IF (Interrupt Flag, bit 9): Si
vale 1, la CPU reconoce pedidos de interrupción externas enmascarables (por el
pin INTR). Si vale 0, no se reconocen tales interrupciones. Las interrupciones
no enmascarables y las internas siempre se reconocen independientemente del
valor de IF. DF (Direction Flag, bit 10): Si vale 1, las instrucciones con
cadenas sufrirán “auto-decremento”, esto es, se procesarán las cadenas desde
las direcciones más altas de memoria hacia las más bajas. Si vale 0, habrá
“auto-incremento”, lo que quiere decir que las cadenas se procesarán de
“izquierda a derecha”.
OF (Overflow flag, bit 11): Si
vale 1, hubo un desborde en una operación aritmética con signo, esto es, un
dígito significativo se perdió debido a que tamaño del resultado es mayor que
el tamaño del destino.
El procesador Z80
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Registros de propósito general
El Z80 posee 14 registros de
propósito general de 8 bits denominados A, B, C, D, H, L y A’, B’, C’, D’, H’ ,
L’. Solamente un set de siete registros y el correspondiente registro de Flags
F pueden estar activos al mismo tiempo. Una instrucción especial selecciona A y
F o A’ y F’ mientras que otra instrucción selecciona B, C, D, E, H, L o C’, D’,
E’ ,H’ L’.
El programador puede cambiar
rápidamente de un conjunto de registros de propósito general a otro. Esto
proporciona una mayor capacidad de almacenamiento en registros. El acceso a
datos presentes en registros de la CPU es mucho más rápido que el acceso a
datos en memoria.
Los registros pueden agruparse
de a pares formando registros de 16 bits. Estos son los pares BC, DE y HL (sus
equivalentes primas también pueden agruparse).
Flags
Aunque los Flags existen
físicamente dentro de la CPU están agrupados lógicamente formando un registro.
Los Flags del Z80 son los siguientes:
Flag de Cero(Z): Toma el valor
1 si el resultado de una operación es cero. Es el bit seis.
Flag de signo(S): Toma el
valor 1 si el resultado de una operación es negativo. Es el bit siete.
Flag de Carry(C): Este flag es
afectado por las instrucciones de desplazamiento y es puesto en 1 ó 0 según el
valor del bit desplazado. También es afectado por las operaciones aritméticas.
Este flag es el bit cero.
Flag de Paridad y
overflow(P/V): En el caso de paridad, se pone en 1 si el resultado de una
operación posee un número par de unos. Cuando el flag P/V se usa para
representar overflow, el flag se pone en 1 si ocurre un overflow después de una
operación aritmética. Este flag es el bit 2.
Flag H y N: Son dos Flip Flop
que no pueden ser examinados por las instrucciones de salto condicional. El Z80
los usa para las operaciones BCD. H representa el rebalse que genera
considerando los cuatro bits menos significativos del resultado y N es el flag
de resta, el cual se activa para indicar si la última instrucción ejecutada fue
suma o resta. En el caso general, una instrucción de resta coloca en 1 el flag
N y una instrucción de suma lo coloca en 0. Los Flags H y N son los bits 4 y 1
respectivamente.
Registros de propósito
especial
Program Counter:
Es un registro de 16 bits que
indica la dirección de la próxima instrucción ejecutar. Las instrucciones del
Z80 pueden contar de uno, dos, tres o cuatro bytes.
Stack-Pointer:
Es un registro de 16 bits que
indica la dirección de una memoria RAM externa denominada Stack. El objetivo de
esta área de memoria es proporcionar un medio de almacenamiento temporal de los
registros del usuario, registro de Flags y del program Counter. La provisión de
Stack es fundamental para operaciones tales como los llamados a sub-rutinas e
interrupciones.
Registros índices IX e IY:
Estos registros son de 16 bits, diseñados para permitir un direccionamiento
indexado en los programas del Z80. Cuando se ejecuta una instrucción en un modo
de direccionamiento indexado, se usa uno de los dos registros índices para
calcular la dirección del operando.
Registro de interrupciones I:
Es un registro de 8 bits que puede ser cargado para especificar el byte más
significativo de una dirección de memoria. El byte menos significativo es
proporcionado por el dispositivo que solicita la interrupción.
Registro de refresh de memoria
R: Es un registro especial diseñado para proporcionar un refresh automático de
las memorias RAM dinámicas.
Registro de instrucciones:
El registro de instrucciones
tiene por misión almacenar el código de operación de la instrucción leída desde
memoria. Este código es descodificado y con esta información se dirigen todos
los micro-pasos.
