9.2 Регистровый файл. Область применения. Общая структура.

Регистровый файл — запоминающее устройство процессора со сверхбыстрым доступом для хранения данных, участвующих в обработке, а также управляющей информации процессора.

Регистровый файл разделен на верхний и нижний файлы. Нижний регистровый файл содержит 24 байта для регистров специальных функций (Special Function Registers - SFR) и 232 байта для регистров общего назначения ОЗУ (Register RAM). Верхний регистровый файл содержит только регистры общего назначения ОЗУ. Регистры общего назначения могут рассматриваться как байты, слова или двойные слова. RALU обращается к верхнему и нижнему регистровым файлам по-разному. Нижний регистровый файл всегда непосредственно доступен через режим прямой адресации. Верхний регистровый файл доступен через режим прямой адресации, только когда разрешена работа с вертикальными окнами. Работа с вертикальными окнами - методика, которая отображает блоки верхнего регистрового файла в окно в нижнем регистровом файле.

Чтобы добиться требуемых быстродействия и гибкости, регистровый файл с регистами общего назначения поддерживает следующие схемы ввода-вывода:

• Вывод одного 8-битного операнда и ввод одного 8-битного результата

• Вывод двух 8-битных операндов и ввод одного 8-битного результата

• Вывод двух 8-битных операндов и ввод одного 16-битного результата

• Вывод одного 16-битного операнда и ввод одного 16-битного результата

Большинство инструкций, взаимодействующих с регистровым файлом, имеют прямой доступ ко всем регистрам, причем большинство этих инструкций являются одноцикловыми.

Регистры R26..R31, помимо регистров общего назначения, имеют еще одно дополнительное назначение. Данные регистры можно использовать, как 16-битные указатели адреса для адресации памяти данных. Три таких регистра получили название регистров X, Y и Z. Z-регистр можно также использовать в качестве указателя адреса для чтения и/или записи Flash-памяти программ, сигнатурного кода, конфигурационных бит (Fuse-биты) и бит защиты (Lock-биты).

В регистре с меньшим адресом хранится младший байт адреса. В различных режимах адресации данные регистры адреса могут иметь такие функции, как адресация с фиксированным смещением, автоматическое инкрементирование или декрементирование (подробности см. в описании набора инструкций).

ИС регистровых запоминающих устройств (ЗУ) входят в состав большинства серий, в том числе и микропроцессорные комплекты БИС в качестве регистров общего назначения (РОН) и многорежимных буферных регистров (МБР). ЗУ произвольного доступа, позволяет обращаться к любому регистру для записи или чтения данных. Они реализуются на параллельных регистрах. Регистровое ЗУ с последовательным доступом для обращения к нужной информации требует перебор адреса в сторону увеличения или уменьшения адресов.

Существует множество реализаций регистровых файлов, чаще всего многопорторвые решения.

Основные характеристики регистровых файлов:

• Разрядность хранимых слов

• Количество хранимых слов

• Количество выходных портов

P ort A Port B

Addr A Addr B Addr C Port C WR RST

Количество хранимых слов

Разрядность слов-n

Регистр файлов