Для контроля над работой процессора используются различные регистры. В большинстве машин эти регистры в основном не доступны пользователю. Некоторые из них могут быть доступны для машинных команд, исполняемых в так называемом режиме управления или режиме операционной системы.
Конечно, у разных типов машин организация регистров отличается; для их классификации также используется различная терминология. Здесь приводится довольно полный список типов регистров и дается их краткое описание. Кроме ранее упомянутых регистров, MAR, MBR, I/OAR и I/OBR, важными для выполнения команд являются следующие.
• Программный счетчик (program counter — PC). Содержит адрес команды, которая должна быть выбрана из памяти.
• Регистр команд (instruction register — IR). Содержит последнюю выбранную из памяти команду.
В состав всех процессоров входит также регистр (или набор регистров), известный под названием регистра слова состояния программы (program status word — PSW). В нем, как правило, содержатся коды условий и другая информация о состоянии, например, бит разрешения/запрещения прерываний или бит режима системный/пользовательский.
Коды условий (известные также как флаги) — это последовательность битов, устанавливаемых или сбрасываемых процессором в зависимости от результата выполненных операций. Например, в результате выполнения арифметического действия может получиться положительное число, отрицательное, ноль, или может произойти переполнение. В дополнение к сохранению полученного значения в памяти или регистре в результате арифметических операций устанавливаются также соответствующие коды условий. Впоследствии они могут быть проверены условной операцией ветвления. Биты кодов условий группируются в один или несколько регистров (обычно они составляют часть регистра управления). Вообще говоря, есть машинные команды, позволяющие прочитать содержимое этих битов с помощью явных обращений к регистрам; однако изменять их содержимое явным образом нельзя, поскольку эти биты предназначены для отображения результатов выполнения команд.
В машинах, в которых используются различные виды прерываний, может быть предусмотрено несколько регистров прерываний с указателями на каждую программу обработки прерываний. Если при реализации некоторых функций (например, вызова процедуры) используется стек, процессор должен иметь регистр — указатель стека. Для аппаратного обеспечения управления памятью (см. главу 7, "Управление памятью") нужны свои регистры. И, наконец, регистры часто используются при управлении операциями ввода-вывода.
На устройство и организацию управляющих регистров и регистров состояния влияют несколько факторов. Одним из них является поддержка операционной системы. Различные виды управляющей информации используются операционной системой по-разному. Если разработчик процессора имеет ясное представление об операционной системе, которая будет работать с этим процессором, он сможет так спланировать организацию регистров, чтобы обеспечить аппаратную поддержку ряда возможностей, таких, как защита памяти или переключение пользовательских программ.
Еще одним ключевым конструкторским решением является распределение управляющей информации между регистрами и памятью. Общепринятым подходом является выделение для нее нескольких первых сотен или тысяч слов памяти. Конструктор должен решить, какая часть информации будет находиться в более дорогих, но более быстрых регистрах, а какая часть — в более дешевой, но медленной основной памяти.