UNIDAD 4 Generación de código objeto

4 Generación de código objeto

El generador de código objeto como lo menciona (Urbina, 2011) transforma el código Intermedio optimizado en código objeto de bajo nivel. Toma código intermedio y genera Código objeto para la máquina considerada Es la parte más próxima a la arquitectura de la Máquina. Habitualmente, se escriben ``a mano´´ desarrollo a medida´ para cada máquina Específica.

La fase final de un compilador es la generación de código objeto, que por lo general consiste en código de máquina relocalizable o código ensamblador. Las posiciones de memoria se seleccionan para cada una de las variables usadas por el programa. Después, cada una de las instrucciones intermedias se traduce a una secuencia de instrucciones de máquina que ejecuta la misma tarea. Un aspecto decisivo es la asignación de variables a registros. 

4.1 REGISTROS

¿Qué son?

Los registros son la memoria principal de la computadora. Existen diversos registros de propósito general y otros de uso exclusivo. Algunos registros de propósito general son utilizados para cierto tipo de funciones. Existen registros acumuladores, puntero de instrucción, de pila, etc.

Los registros son espacios físicos dentro del microprocesador con capacidad de 4 bits hasta 64 bits dependiendo del microprocesador que se emplee.

¿Quiénes lo utilizan?

Antes de nada, para el desarrollo de esta parte hablaremos indistintamente de registros de activación o de marcos de pila. Esto se debe a que en la documentación encontrada sobre el manejo de los registros ebp y esp se hace mención a dicho concepto de marco de   pila.   Puesto   que   el   lenguaje   permite   recursividad,   los   registros   de   activación   se asignan dinámica mente. 

Distribución

La UCP o CPU tiene 14 registros internos, cada uno de ellos de 16 bits (una palabra). Los bits están enumerados de derecha a izquierda, de tal modo que el bit menos significativo es el bit 0.

Los registros se pueden clasificar de la siguiente forma: 

Registros de datos:

AX: Registro acumulador. Es el principal empleado en las operaciones aritméticas.

BX: Registro base. Se usa para indicar un desplazamiento.

CX: Registro contador. Se usa como contador en los bucles.

DX: Registro de datos.

Estos registros son de uso general y también pueden ser utilizados como registros de 8 bits, para utilizarlos como tales es necesario referirse a ellos como por ejemplo: AH y AL, que son los bytes alto (high) y bajo (low) del registro AX. Esta nomenclatura es aplicable también a los registros BX, CX y DX. 

Registros de segmentos: 

CS: Registro de segmento de código. Contiene la dirección de las instrucciones del programa. 

DS: Registro segmento de datos. Contiene la dirección del área de memoria donde se encuentran los datos del programa.

SS: Registro segmento de pila. Contiene la dirección del segmento de pila. La pila es un espacio de memoria temporal que se usa para almacenar valores de 16 bits (palabras).

ES: Registro segmento extra. Contiene la dirección del segmento extra. Se trata de un segmento de datos adicional que se utiliza para superar la limitación de los 64Kb del segmento de datos y para hacer transferencias de datos entre segmentos.

Registros punteros de pila:

SP: Puntero de la pila. Contiene la dirección relativa al segmento de la pila.

BP: Puntero base. Se utiliza para fijar el puntero de pila y así poder acceder a los elementos de la pila.

Registros índices:

 SI: Índice fuente.

 DI: Índice destino.

¿Cuales su aplicación en la generación de códigos?

1. usar el registro de y si está en un registro que no tiene otra variable, y además y no

está viva ni tiene uso posterior. Si no:

2. usar un registro vacío si hay. Si no:

3. usar un registro ocupado si op requiere que x esté en un registro o si x tiene uso

Posterior. Actualizar el descriptor de registro. Si no:

4. usar la posición de memoria de x

4.2Lenguaje ensamblador

¿Qué es?

El   lenguaje   Assembly  (Urbina,   2011)  (a   veces   mal   llamado   "Ensamblador"   por  su traducción literal al español) es un tipo de lenguaje de bajo nivel utilizado para escribir programas informáticos, y constituye la representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura de computadora

 Segunda generación de lenguajes

Versión simbólica de los lenguajes máquina (Urbina, 2011) (MOV, ADD).La comunicación en lenguaje de máquina es particular de cada procesador que se usa, y programar en este lenguaje es muy difícil y tedioso, por lo que se empezó a buscar mejores medios de comunicación con ésta. Los lenguajes ensambladores tienen ventajas sobre los lenguajes de máquina.

Este lenguaje  fue  usado  ampliamente  en el  pasado para  el  desarrollo de software, pero actualmente sólo se utiliza encontradas   ocasiones,   especialmente   cuando   se requiere   la manipulación directa del hardware o se pretenden rendimientos inusuales de los equipos

Características:

El programa lee un archivo escrito en lenguaje ensamblador y sustituye cada uno de los códigos mnemotécnicos por su equivalente código máquina. Los programas se hacen fácilmente portables de máquina a máquina y el cálculo de bifurcaciones se hace de manera fácil.

Clasificación:

• Ensambladores básicos: Son de muy bajo nivel, y su tarea consiste básicamente, en ofrecer nombres simbólicos a las distintas instrucciones, parámetros y cosas tales como los modos de direccionamiento
• Ensambladores modulares, o macro ensambladores: Descendientes de los ensambladores básicos, fueron muy populares en las décadas de los 50 y los 60, fueron antes de la generalización de los lenguajes de alto nivel. Un macroinstrucción es el equivalente a una función en un lenguaje de alto nivel.

Operaciones básicas

(Urbina, 2011) Las operaciones básicas en un lenguaje ensamblador son la suma la resta la multiplicación y la división y Necesitara un poco más de información sobre la  arquitectura y SO para el cual programas.

Pero la idea básica es:

--definir que parámetros tendrá la función.

--hacer el programa, propiamente dicho, en assembler.

Siguiendo la convención de pasaje de parámetros, manejará registros y posiciones de  memoria, devolviendo los resultados en donde deba (una posición de memoria, el registro eax, etc.).

4.3 Lenguaje Máquina

 Es el que proporciona poca o ninguna abstracción del microprocesador de un ordenador. El lenguaje máquina solo es entendible por las computadoras. Se basa en una lógica binaria de 0 y 1, generalmente implementada por mecanismos eléctricos. En general el lenguaje maquina es difícil de entender para los humanos por este motivo hacemos uso de lenguajes más parecidos a los lenguajes naturales.

Se denomina lenguaje máquina a la serie de datos que la parte física de la computadora o hardware, es capaz de interpretar. El lenguaje máquina fue el primero que empleo el hombre para la programación de las primeras computadoras. Una instrucción en lenguaje máquina puede representarse   de   la   siguiente   forma:  011011001010010011110110.   Esta   secuencia   es fácilmente ejecutada por la computadora, pero es de difícil interpretación, siendo aún más difícil la interpretación de un programa (conjunto de instrucciones) escrito de esta forma.

Esta   dificultad   hace   que   los   errores   sean   frecuentes   y   la   corrección   de   los   mismos costosa, cuando no imposible, al igual que la verificación y modificación de los programas.

Características:

El lenguaje máquina realiza un conjunto de operaciones predeterminadas llamadas micro operaciones. Las micro operaciones sólo realizan operaciones del tipo aritmética (+,- ,*,/), lógicas (AND, OR, NOT) y de control (secuencial, de control y repetitiva). El lenguaje maquina es dependiente del tipo de arquitectura. Así un programa máquina para una arquitectura Intel x86 no sé ejecutara en una arquitectura Power PC de IBM (al menos de manera nativa).

Algunos microprocesadores implementan mas funcionalidades llamado CISC, pero son más lentos que los RISC ya que estos tienen registros más grandes.

Ventajas

• Mayor adaptación al equipo.
• Máxima velocidad con mínimo uso de memoria.

Desventajas

• Imposibilidad de escribir código independiente de la máquina.
• Mayor dificultad en la programación y en la comprensión de los programas.
• El programador debe conocer más de un centenar de instrucciones.
• Es necesario conocer en detalle la arquitectura de la máquina.

4.4 Administrador de memoria

La administración de la memoria es un proceso hoy en día muy importante, de tal modo que su mal o buen uso tiene una acción directa sobre el desempeño de memoria. En general un ensamblador tiene un administrador de memoria más limitado que un compilador; en la mayoría de los lenguajes de programación el uso de punteros no estaba vigilado por lo que se tienen muchos problemas con el uso de memoria. Los lenguajes más recientes controlan el uso de punteros y tienen un programa denominado recolector de basura que se encarga de limpiar la memoria no utilizada mejorando el desempeño.

La   memoria   principal   puede   ser   considerada   como   un arreglo lineal de localidades de almacenamiento de un byte de tamaño. Cada localidad de almacenamiento tiene asignada una dirección que la identifica

 Se distinguen los siguientes propósitos del sistema de administración de memoria:

Protección.

Si   varios   programas   comparten   la   memoria   principal,   se   debería   asegurar   que   el programa no sea capaz de cambiar las ubicaciones no pertenecientica él. Aunque una acción  de  escritura  puede  tener efectos  más graves que una  de  lectura,  esta última tampoco debería estar permitida, para proporcionar algo de privacidad al programa.

Compartimiento.

Este objetivo parece contradecir al anterior, sin embargo a veces es necesario para los usuarios poder compartir y actualizar información (por ejemplo, en una base de datos) y, si se organiza la tarea de entrada a la misma, se puede evitar el tener varias copias de la rutina.

Reubicación.

La técnica de multiprogramación requiere que varios programas ocupen la memoria al mismo  tiempo.   Sin   embargo   no   se   sabe   con   anticipación   donde   será   cargado   cada programa por lo que no es práctico usar direccionamiento absoluto de memoria.

Organización física.

Debido al  costo  de una  memoria  principal  rápida, éste se   usa   en   conjunto  con una memoria secundaria mucho más lenta (y por consiguiente, barata) a fines de extender su capacidad.

Organización lógica.

 Aunque   la   mayor   parte   de   las   memorias   son   organizadas   linealmente   con   un direccionamiento secuencial, esto difícilmente concuerde con el camino seguido por el programa, debido al uso de procedimientos, funciones, subrutinas, arreglos, etc

UNIDAD 3 Optimizacion

3.1 Tipos de Optimización

 La optimización es un proceso que tiene a minimizar o maximizar alguna variable de rendimiento, generalmente tiempo, espacio, procesador, etc.

La optimización se realiza reestructurando el código de tal forma que el nuevo código generado tenga mayores beneficios.

 La optimización va a depender del lenguaje de programación y es directamente proporcional al tiempo de compilación; es decir, entre más optimización mayor tiempo de compilación.

•Las optimizaciones pueden realizarse de diferentes formas. Las optimizaciones se realizan en base al alcance ofrecido por el compilador de programación y es directamente proporcional al tiempo de compilación; es decir, entre más optimización mayor tiempo de compilación.

•Como el tiempo de optimización es gran consumidor de tiempo (dado que tiene que recorrer todo el árbol de posibles soluciones para el proceso de optimización) la optimización se deja hasta la fase de prueba final.

•Algunos editores ofrecen una versión de depuración y otra de entrega o final.

•La optimización es un proceso que tiene a minimizar o maximizar alguna variable de rendimiento, generalmente tiempo, espacio, procesador, etc.

•Desafortunamente no existen optimizador que hagan un programa más rápido y que ocupe menor espacio.

•La optimización se realiza reestructurando el código de tal forma que el nuevo código generado tenga mayores beneficios. La mayoría de los compiladores tienen una optimización baja, se necesita de compiladores especiales para realmente optimizar el código.

 3.1.1  Optimización Local

• Las optimizaciones locales se realizan sobre el bloque básico

• Optimizaciones locales

– Folding

– Propagación de constantes

– Reducción de potencia

– Reducción de subexpresiones comunes

Bloque Básico

• Un bloque básico es un fragmento de código que tiene una única entrada y salida, y cuyas instrucciones se ejecutan secuencialmente. Implicaciones:

– Si se ejecuta una instrucción del bloque se ejecutan todas en un orden conocido en tiempo de compilación.

• La idea del bloque básico es encontrar partes del programa cuyo análisis necesario para la optimización sea lo más simple posible.

Ensamblamiento (Folding)

• El ensamblamiento es remplazar las expresiones por su resultado cuando se pueden evaluar en tiempo de compilación (resultado constante).

– Ejemplo: A=2+3+A+C -> A=5+A+C

• Estas optimizaciones permiten que el programador utilice cálculos entre constantes representados explícitamente sin introducir ineficiencias.

Implementación del Folding

• Implementación del floding durante la generación de código realizada conjuntamente con el análisis sintáctico.

– Se añade el atributo de constante temporal a los símbolos no terminales y a las variables de la tabla de símbolos.

– Se añade el procesamiento de las constantes a las reglas de análisis de expresiones.

– Optimiza: 2+3+b -> 5+b

• Hay una suma de constantes (2+3)+b

– No optimiza: 2+b+3 -> 2+b+3

• No hay una suma de constantes (2+b)+3

Implementación del Folding

• Implementación posterior a la generación de código

– Buscar partes del árbol donde se puede aplicar la propiedad conmutativa:

• Sumas/restas: como la resta no es conmutativa se transforma en sumas: a+b-c+d -> a+b+(-c)+d

• Productos/divisiones: como la división no es conmutativa se transforma en productos: a*b/c*e -> a*b*(1/c)*e

– Buscar las constantes y operarlas

– Reconstruir el árbol.

Propagación de constantes

• Desde que se asigna a una variable un valor constante hasta la siguiente asignación, se considera a la variable equivalente a la constante.

• Ejemplo: Propagación Ensamblamiento

PI=3.14 -> PI=3.14 -> PI=3.14

G2R=PI/180 -> G2R=3.14/180 -> G2R=0.017

PI y G2R se consideran constantes hasta la próxima asignación.

• Estas optimizaciones permiten que el programador utilice variables como constantes sin introducir ineficiencias. Por ejemplo en C no hay constantes y será lo mismo utilizar

– Int a=10;

– #define a 10

Con la ventaja que la variable puede ser local.

• Actualmente en C se puede definir const int a=10;

implementación de la Propagación de Constantes

• Separar el árbol en bloques básicos

– Cada bloque básico será una lista de expresiones y asignaciones

• Para cada bloque básico

– Inicializar el conjunto de definiciones a conjunto vacío.

• Definición: (variable,constante)

– Procesar secuencialmente la lista de expresiones y asignaciones

– Para expresión y asignación

• Sustituir las apariciones de las variables que se encuentran en el conjunto de definiciones por sus constantes asociadas.

– Para asignaciones

• Eliminar del conjunto de definiciones la definición de la variable asignada

• Añadir la definición de la variable asignada si se le asigna una constante.

Ejecuci on en tiempo de compilaci on
Precalcular expresiones constantes (con constantes o variables cuyo valor no cambia)
i = 2 + 3 ! i = 5
j = 4
f = j + 2.5
!
j = 4
f = 6.5
2. Reutilizaci on de expresiones comunes
a = b + c
d = a - d
e = b + c
f = a - d
!
a = b + c
d = a - d
e = a
f = a - d
3. Propagaci on de copias
Ante instrucciones f = a, sustituir todos los usos de f por a
a = 3 + i
f = a
b = f + c
d = a + m
m = f + d
!
a = 3 + i
b = a + c
d = a + m
m = a + d

Reducci on de potencia

Reemplazar una operaci on por otra equivalente menos costosa

x2 ! x * x

2*x ! x + x (suma); x<<1 (despl. izq.)

4*x, 8*x,... ! x<<2, x<<3,...

x / 2 ! x>>2

Bucles

• Los ciclos son una de las partes más esenciales en el rendimiento de un programa dado que realizan acciones repetitivas, y si dichas acciones están mal realizadas, el problema se hace N veces más grandes.

3.1.2 Ciclos

• El problema de la optimización en ciclos y en general radica es que muy difícil saber el uso exacto de algunas instrucciones. Así que no todo código de proceso puede ser optimizado.

• Otros uso de la optimización pueden ser el mejoramiento de consultas en SQL o en aplicaciones remotas (sockets, E/S, etc.)

3.1.3 Globales 

• La optimización global se da con respecto a todo el código.

• Este tipo de optimización es más lenta pero mejora el desempeño general de todo programa.

• Las optimizaciones globales pueden depender de la arquitectura de la máquina.

Optimización global

• En algunos casos es mejor mantener variables globales para agilizar los procesos (el proceso de declarar variables y eliminarlas toma su tiempo) pero consume más memoria.

• Algunas optimizaciones incluyen utilizar como variables registros del CPU, utilizar         instrucción  es  enensamblador.

3.1.4 De mirilla

• La optimización de mirilla trata de estructurar de manera eficiente el flujo del programa, sobre todo en instrucciones de bifurcación como son las decisiones, ciclos y saltos de rutinas.

• La idea es tener los saltos lo más cerca de as llamadas, siendo el salto lo más pequeño posible.

3.2 Cotos

Los costos son el factor más importante a tomar en cuenta a la hora de optimizar ya que en ocasiones la mejora obtenida puede verse no reflejada en el programa final pero si ser perjudicial para el equipo de desarrollo. La optimización de una pequeña mejora tal vez tenga una pequeña ganancia en tiempo o en espacio pero sale muy costosa en tiempo en generarla. Pero en cambio si esa optimización se hace por ejemplo en un ciclo, la mejora obtenida puede ser N veces mayor por lo cual el costo se minimiza y es benéfico la mejora.

3.2.1 Costos de Ejecución. (memoria, registros, pilas)

Los costos de ejecución son aquellos que vienen implícitos al ejecutar el programa. En algunos programas se tiene un mínimo para ejecutar el programa, por lo que el espacio y la velocidad de los microprocesadores son elementos que se deben optimizar para tener un mercado potencial más amplio. Las aplicaciones multimedia como los videojuegos tienen un costo de ejecución alto por lo cual la optimización de su desempeño es crítico, la gran mayoría de las veces requieren de procesadores rápidos (e.g. tarjetas de video) o de mucha memoria. Otro tipo de aplicaciones que deben optimizarse son las aplicaciones para dispositivos móviles. Los dispositivos móviles tienen recursos más limitados que un dispositivo de cómputo convencional razón por la cual, el mejor uso de memoria y otros recursos de hardware tiene mayor rendimiento. En algunos casos es preferible tener la lógica del negocio más fuerte en otros dispositivos y hacer uso de arquitecturas descentralizadas como cliente/servidor o P2P.

3.2.2 Criterios para mejorar el código

 La mejor manera de optimizar el código es hacer ver a los programadores que optimicen su código desde el inicio, el problema radica en que el costo podría ser muy grande ya que tendría que codificar más y/o hacer su código más legible. Los criterios de optimización siempre están definidos por el compilador. Muchos de estos criterios pueden modificarse con directivas del compilador desde el código o de manera externa. Este proceso lo realizan algunas herramientas del sistema como los ofuscadores para código móvil y código para dispositivos móviles.

3.2.3 Herramientas para el análisis del flujo de datos

Existen algunas herramientas que permiten el análisis de los flujos de datos, entre ellas tenemos los depuradores y desambladores. La optimización al igual que la programación es un arte y no se ha podido sistematizar del todo.

Tipos de Registros En lenguaje ensamblador

Registros de Lenguaje Ensamblador

REGISTROS INTERNOS DEL MICROPROCESADOR

La Unidad Central de Proceso (CPU, por sus siglas en inglés) tiene 14 registros internos cada uno de 16 bits. Los primeros cuatro, AX, BX, CX y DX, son de uso general y se pueden usar también como registros de 8 bits. Es decir, AX se puede dividir en AH y AL (AH es el byte alto, high, y AL es el byte bajo, low) Lo mismo es aplicable a los otros tres (BX en BH y BL, CX en CH y CL y DX en DH y DL).
Estos son los únicos registros que pueden usarse de modo dual (en 8 o 16 bits) Los registros de la CPU son conocidos por sus nombres propios, que son: ·

• AX (acumulador). 
• BX (registro base). 
• CX (registro contador).
• DX (registro de datos).
•  DS (registro del segmento de datos).
• ES (registro del segmento extra).
• SS (registro del segmento de pila).
• CS (registro del segmento de código).
• BP (registro de apuntadores base).
• SI (registro índice fuente).
• DI (registro índice destino).
• SP (registro del apuntador de pila).
• IP (registro del apuntador de siguiente instrucción).
• F (registro de banderas).

 El registro AX se usa para almacenar resultados, lectura o escritura desde o hacia los puertos. El BX sirve como apuntador base o índice. El CX se utiliza en operaciones de iteración, como un contador que automáticamente se incrementa o decrementa de acuerdo con el tipo de instrucción usada. El DX se usa como puente para el acceso de datos.

 El DS es un registro de segmento cuya función es actuar como policía donde se encuentran los datos. Cualquier dato, ya sea una variable inicializada o no, debe estar dentro de este segmento. La única excepción es cuando tenemos programas del tipo *.com, ya que en éstos sólo puede existir un segmento. El registro ES tiene el propósito general de permitir operaciones sobre cadenas, pero también puede ser una extensión del DS.

 El SS tiene la tarea exclusiva de manejar la posición de memoria donde se encuentra la pila (stack) Esta es una estructura usada para almacenar datos en forma temporal, tanto de un programa como de las operaciones internas de la computadora personal (PC, por sus siglas en inglés) En términos de operación interna, la CPU usa este segmento para almacenar las direcciones de retorno de las llamadas a rutinas. El registro de segmentos más importante es el CS o segmento de código. Es aquí donde se encuentra el código ejecutable de cada programa, el cual está directamente ligado a los diferentes modelos de memoria.

El registro BP (base pointer) se usa para manipular la pila sin afectar al registro de segmentos SS. Es útil cuando se usa interfaz entre lenguajes de alto nivel y el ensamblador. Puesto que dicha interfaz se basa en el concepto de la pila BP, nos permite acceder parámetros pasados sin alterar el registro de segmento SS. Los registros SI y DI son útiles para manejar bloques de cadenas en memoria, siendo el primero el índice fuente y el segundo el índice destino. En otras palabras, SI representa la dirección donde se encuentra la cadena y DI la dirección donde será copiada.

El registro SP apunta a un área específica de memoria que sirve para almacenar datos bajo la estructura LIFO (último en entrar, primero en salir), conocida como pila (stack) El registro IP (instruction pointer) apunta a la siguiente instrucción que será ejecutada en memoria.

A continuación se describe el significado de cada bit del registro F (banderas).

Todas las banderas apagadas:
NV   UP   DI   PL   NZ   NA   PO   NC
 Todas las banderas prendidas:
 OV   DN   EI   NG   ZR   AC   PE   CY

Significado de los bits:
 Overflow  NV = no hay desbordamiento
                  OV = Sí lo hay

 Direction  UP = hacia adelante
                  DN = hacia atrás

 Interrupts  DI = desactivadas
                   EI = activadas

 Sign   PL = positivo
           NG = negativo

 Zero   NZ = no es cero
            ZR = sí lo es

 Auxiliary Carry   NA = no hay acarreo auxiliar
                              AC = hay acarreo auxiliar

 Parity   PO = paridad non
              PE = paridad par

 Carry   NC = no hay acarreo
             CY = sí lo hay

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 puede clasificar en 6 tipos diferentes 

Registros de segmento

Registros de propósito general

Registros de apuntadores

Registros de banderas

Registros de Puntero de instrucción

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:

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: 

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.

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.

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).

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).

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.

BP = Puntero base (no se puede subdividir). Generalmente se utiliza para realizar direccionamiento indirecto dentro de la pila.

SI = Puntero índice (no se puede subdividir). Sirve como puntero fuente para las operaciones con cadenas. También sirve para realizar direccionamiento indirecto.

DI = Puntero destino (no se puede subdividir). Sirve como puntero destino para las operaciones con cadenas. También sirve para realizar direccionamiento indirecto.

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 

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.