Steuerregister (Informatik)

Bedeutung und Grundprinzip

Ein Steuerregister (englisch Control Register) ist in Informatik und Elektronik ein Register, dessen Inhalt das Verhalten einer verbundenen elektronischen Schaltung beeinflusst. Ein auf dem Computer laufendes Programm kann diesen Inhalt verändern und dadurch die Schaltung steuern.

Besteht eine Steuerinformation nur aus einem Bit, gibt es also zwei mögliche Zustände wie „an“ und „aus“, spricht man von einem Flag. Mehrere Flags sind meist in einem Steuerregister zusammengefasst. Fließen Informationen umgekehrt von der Schaltung zum Computerprogramm, verwendet man ein Statusregister. Die Begriffe Steuerregister und Statusregister werden jedoch nicht immer streng getrennt.

Steuerregister im Prozessor

Im Steuerwerk eines Mikroprozessors enthält ein Steuerregister verschiedene Flags, die das Verhalten des Prozessors beeinflussen. Welche Flags vorhanden sind, hängt vom jeweiligen Prozessor ab.

Häufige Flags sind:

• Benutzermodus/Systemmodus: Legt fest, ob der Prozessor im Benutzer- oder Systemmodus arbeitet.
• Interrupt Enable: Erlaubt oder verbietet maskierbare Ausnahmebehandlungen beziehungsweise das Annehmen von Interrupts.
• Paging Enable: Steuert die virtuelle Speicherverwaltung.
• Trace Flag: Ist es gesetzt, wird nach jeder Befehlsausführung eine spezielle Trace-Routine gestartet.

Steuerflags und Statusflags befinden sich oft gemeinsam in einem Register. Statusflags informieren das Programm über den Zustand des Prozessors oder der laufenden Datenverarbeitung; das gemeinsame Register wird meist Statusregister genannt.

Steuerung von Peripheriegeräten

An einen Computer angeschlossene Peripherie, auch Input/Output (I/O), wird über Steuerregister gesteuert. Dabei gibt es im Allgemeinen Informationsfluss in beide Richtungen, auch wenn vereinfachend oft nur von Steuerregistern oder Hardwaresteuerregistern gesprochen wird. Ein Peripheriebaustein enthält meist mehrere funktional zusammengehörige Steuerregister.

Software kann mit solchen Registern ähnlich wie mit Arbeitsspeicher über einen Speicherbus kommunizieren; dieses Verfahren heißt Memory Mapped I/O. Möglich sind außerdem ein eigener I/O-Bus, ein eigener I/O-Adressraum (Isolated I/O) oder Schnittstellen wie Serial Peripheral Interface (SPI) und I²C (Inter IC Bus).

Beispiel: parallele Schnittstelle

Ein Baustein zur Steuerung einer parallelen Schnittstelle kann im einfachsten Fall ein Daten- oder Portregister besitzen. Darin gibt es für jede Signalleitung ein Bit, das ihren Signalzustand festlegt. Ein Datenrichtungsregister bestimmt zusätzlich für jede Leitung die Richtung des Signalflusses: Eingang oder Ausgang.

Den zeitlichen Ablauf des Kommunikationsprotokolls bildet die Software, insbesondere ein Gerätetreiber, ab. Eine solche oder ähnliche Schaltungstechnik gehört beispielsweise zu vielen I/O-Bausteinen, darunter dem Versatile Interface Adapter 6522 (VIA) und dem Z80-PIO-Baustein; PIO bedeutet Parallel Input Output.