4.2 Universalrechner: Schaltung unabhängig vom Problem 185

Transkript

1 4.2 Universalrechner: Schaltung unabhängig vom Problem 85 a) Geben Sie binär die Befehlsworte an, mit denen Sie die Eingänge a, b und c in die Register R, R2 und R übernehmen. K D M4 M M2 M Kommentar XXXXXXXXXXX XXX XXX XXX R = a XXXXXXXXXXX XXX XXX XXX R2 = b XXXXXXXXXXX XXX XXX XXX R = c b) Geben Sie binär die Befehlsworte an, mit denen Sie p b 2 4ac berechnen und das Ergebnis in Register 4 ablegen. K D M4 M M2 M Kommentar XXXXXXXXXXX R4 = b*b XXX XXX R5 =4 XXXXXXXXXXX R5 = 4*a XXXXXXXXXXX R5 = 4*a*c XXXXXXXXXXX R4 = b*b - 4*a*c XXXXXXXXXXX XXX R4 = sqrt(b*b - 4*a*c)

2 86 4 Prozessor-Datenpfad c) Geben Sie binär die Befehlsworte an, mit denen Sie ( b± p b 2 4ac)/2a berechnen und das Ergebnis in den Registern R und R2 ablegen. K D M4 M M2 M Kommentar XXX XXX R5 = XXXXXXXXXXX R5 = -b XXXXXXXXXXX R6 = - b + sqrt(b*b-4ac) XXXXXXXXXXX R7 = - b - sqrt(b*b-4ac) XXX XXX R = 2 XXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXX R = 2a R = (- b + sqrt(b*b-4ac)) / 2a R2 = (- b - sqrt(b*b-4ac)) / 2a Kugelvolumen In dieser Aufgabe soll das Volumen einer Kugel V = 4 r berechnet werden. Der Radius liegt am Eingang des Universalrechners an. T a) Geben Sie binär das Befehlswort an, mit dem Sie den Radius in das Register R einlesen. K D M4 M M2 M Kommentar XXXXXXXXXXX XXX XXX XXX R = r (Eing. )

3 4.2 Universalrechner: Schaltung unabhängig vom Problem 87 T b) Geben Sie binär das Befehlswort an, mit dem Sie 4 r 4 berechnen und das Ergebnis in Register R ablegen. Hinweis: 4 = 2. K D M4 M M2 M Kommentar XXX XXX R = 4 XXX XXX R2 = 4 XXXXXXXXXXX R = 4*4 XXXXXXXXXXX R = 4*4*r XXXXXXXXXXX R = 4*4*r*r XXXXXXXXXXX R = 4*4*r*r*r Hinweis: 4 4 kann nicht zu K = 4 4 =.256, da.256 den Wertebereich einer Bit Vorzeichenbehafteten Zahl überschreitet! T c) Geben Sie binär das Befehlswort an, mit dem Sie das in Register R stehende Datenwort durch dividieren und das Ergebnis wieder in R ablegen. K D M4 M M2 M Kommentar XXX XXX R2 = XXX XXX R = 4*4*r*r*r/

4 88 4 Prozessor-Datenpfad 4. Assembler Die Programmierung des Universalrechners durch Niederschreiben der einzelnen Befehlswort-Bits aller Befehle ist sehr aufwendig. Aus diesem Grund wird dieser Schritt in der Regel durch ein Computerprogramm, dem sog. Assembler (engl. to assemble = zusammenbauen), übernommen. Assembler als leicht verständliche hardwarenahe Sprache Der Programmierer kann Programme in einer hardwarenahen, jedoch für den Menschen leicht verständlichen Sprache schreiben. Die Sprache wird ebenso wie das Übersetzer- Programm umgangssprachlich oft Assembler genannt. Unser Universalrechner verarbeitet zwei Quelloperanden zu einem Zieloperand. Befehle in einer hardwarenahen Sprache für den Universalrechner müssen also bis zu drei Operanden spezifizieren (aus welchen Quell-Registern kommen die Operanden, wo soll das Ergebnis abgespeichert werden?), aber auch die auszuführende Operation (Addieren, Subtrahieren,...). Ein Assembler-Programm zur Berechnung der quadratischen Gleichung auf unserem Universalrechner könnte dann beispielsweise wie folgt geschrieben werden: INPUT R, // R a INPUT R2, // R2 b INPUT R,2 // R c MUL R4,R2,R2 // R4 b 2 SET R5,4 // R5 4 MUL R5,R5,R // R5 4 a MUL R5,R5,R // R5 4 a c SUB R4,R4,R5 // R4 b 2 4 a c p SQRT R4,R4 // R4 b 2 4 a c SET R5, // R5 SUB R5,R5,R2 // R5 b ADD R6,R5,R4 // R6 b + p b 2 4 a c p SUB R7,R5,R4 // R7 b b 2 4 a c SET R,2 // R 2 MUL R,R,R // R 2 a DIV R,R6,R // R ( b + p b 2 4 a c)/(2 a) p DIV R2,R7,R // R2 ( b b 2 4 a c)/(2 a)

5 4. Assembler 89 Diese Schreibweise meint genau dasselbe wie die in den Aufgaben zuvor bitweise spezifizierten Befehlsworte, ist für den Menschen aber viel einfach lesbar. Um solche Assembler-Programme auf dem Universalrechner auszuführen, müssen diese jedoch zunächst mit dem Assembler in Befehlsworte übersetzt werden. Definition einer Assembler-Sprache für den Universalrechner Leere Programmzeilen, d.h. Zeilen, die nur Leerzeichen, Tabulatorzeichen und Zeilenumbruch-Zeichen enthalten, können zur Strukturierung eingefügt werden, werden aber vom Universalrechner nicht ausgeführt bzw. vom Assembler ignoriert. Wenn eine Zeile nicht leer ist, dann spezifiziert das erste in der Zeile vorkommende Wort (also alle Zeichen bis zum ersten Leerzeichen oder Tabulator) den Befehl (Multiplizieren, Subtrahieren,...), und das zweite in der Zeile vorkommende Wort die Operanden: die Operanden werden durch Komma getrennt; der erste Operand ist immer der Ziel-Operand, die folgenden Operanden sind Quelloperanden. Alle folgenden Worte sind Kommentare und werden vom Assembler ignoriert und somit vom Universalrechner nicht ausgeführt. Befehle und Operanden: INPUT: Liest Daten von den Eingängen des Rechners (Eingänge, und 2 des Multiplexers M) ein uns speichert diese in einem Register ab; der erste Operand ist das Zielregister, der zweite Operand spezifiziert den Eingang (, oder 2). ADD, SUB, MUL, DIV: Führen entsprechende arithmetische Operation durch; der erste Operand ist das Zielregister, die anderen beiden Operanden die Quellregister. SQRT: Zieht die Wurzel; der erste Operand ist das Zielregister, der zweite Operand das Quellregister. SET: Schreibt eine Bit breite vorzeichenbehaftete Konstante in ein Register; der erste Operand ist das Zielregister, der zweite Operand die Konstante.

6 9 4 Prozessor-Datenpfad a) Schreiben Sie für den Universalrechner ein Programm in Assembler-Sprache, welches die drei Seiten eines Würfels von den Eingängen, und 2 einliest, das Volumen des Würfels berechnet und das Ergebnis im Register R ablegt. INPUT R, INPUT R, MUL R,R,R INPUT R,2 MUL R,R,R b) Schreiben Sie für den Universalrechner ein Programm in Assembler-Sprache, welches den Mittelwert der an den Eingängen, und 2 anliegenden Werte berechnet und diesen im Register R ablegt. INPUT R, INPUT R, ADD R,R,R INPUT R,2 ADD R,R,R SET R, DIV R,R,R

7 4. Assembler 9 c) Schreiben Sie für den Universalrechner ein Programm in Assembler-Sprache, welches die an den Eingängen, und 2 anliegenden Koordinaten eines Vektors im dreidimensionlen Raum einliest, den Betrag des Vektors berechnet und das Ergebnis in Register R ablegt. SET R, INPUT R, MUL R,R,R ADD R,R,R INPUT R, MUL R,R,R ADD R,R,R INPUT R,2 MUL R,R,R ADD R,R,R SQRT R,R

8 92 4 Prozessor-Datenpfad d) Schreiben Sie für den Universalrechner ein Programm in Assembler-Sprache, welches den Radius eines Kreises vom Eingang einliest, die Fläche des Kreises berechnet und das Ergebnis in Register R ablegt. Verwenden Sie für den Wert,4592 in der angegebenen Genauigkeit. INPUT R, MUL R,R,R R r 2 SET R,4 R 4 SET R2, R2 SET R4, R4 MUL R2,R2,R4 R2 MUL R,R,R2 R 4 SET R,59 R 59 ADD R,R,R R 459 MUL R,R,R4 R 459 SET R,2 R 2 ADD R,R,R R 4592 MUL R,R,R R r DIV R,R,R2 R r 2 4,592 DIV R,R,R2 R r 2,4592

9 4. Assembler 9 T e) Schreiben Sie für den Universalrechner ein Programm in Assembler-Sprache, welches die Längen der beiden Katheten eines rechtwinkligen Dreiecks über die Eingänge und einliest, die Länge der Hypothenuse berechnet und das Ergebnis im Register R ablegt INPUT R, MUL R,R,R INPUT R, MUL R,R,R ADD R,R,R SQRT R,R T f) Schreiben Sie für den Universalrechner ein Programm in Assembler-Sprache, welches den Radius eines Kreises vom Eingang einliest, den Umfang des Kreises berechnet und das Ergebnis in Register R ablegt. Verwenden Sie für den Wert,4592 in der angegebenen Genauigkeit. INPUT R, SET R,2 MUL R,R,R R 2 r SET R,4 R 4 SET R2, R2 SET R4, R4 MUL R2,R2,R4 R2 MUL R,R,R2 R 4 SET R,59 R 59 ADD R,R,R R 459 MUL R,R,R4 R 459 SET R,2 ADD R,R,R R 4592 MUL R,R,R R 2 r 4592 DIV R,R,R2 R 2 r 4,592 DIV R,R,R2 R 2 r,4592

10 94 4 Prozessor-Datenpfad Assembler als Übersetzer Um ein Assembler-Programm für den Universalrechner zu übersetzen, iteriert der Assembler der Reihe nach über alle Programmzeilen und führt für jede Zeile folgendes aus: Wenn die Programmzeile leer ist (nur Leerzeichen, Tabulatorzeichen und Zeilenumbruch-Zeichen enthält), wird die Zeile ignoriert. Wenn die Programmzeile nicht leer ist, wird das erste Wort (alle Zeichen bis zum ersten Leerzeichen oder Tabulator) als Befehls-Zeichenkette interpretiert und das zweite Wort als Operanden-Zeichenkette; die Operanden-Zeichenkette wird bei den Kommas in zwei bzw. drei Operanden aufgetrennt; entspricht die Befehls-Zeichenkette der Zeichenkette INPUT, wird vom erste Operanden das R entfernt, das übrigbleibende Zeichen in eine Zahl gewandelt und diese im Befehlswort als D abgespeichert (z.b. D = für R, D = für R2,...) der zweite Operand im Befehlswort als M abgespeichert (z.b. M =, falls zweiter Operand den Wert hat) entspricht die Befehls-Zeichenkette den Zeichenketten ADD oder SUB oder MUL oder DIV, wird von den drei Operanden das R entfernt und die übrig bleibenden Zahlen im Befehlswort als D (erster Operand), M (zweiter Operand) und M4 (dritter Operand) abgespeichert, und der Wert von M2 bei ADD auf 2 gesetzt, bei SUB auf 2, bei MUL auf 2, bei DIV auf 2, und M auf 2 gesetzt; entspricht die Befehls-Zeichenkette der Zeichenkette SQRT, wird von beiden Operanden das R entfernt und die übrig bleibenden Zahlen im Befehlswort als D (erster Operand) bzw. M4 (zweiter Operand) abgespeichert M2 auf 2 und M auf 2 gesetzt;

11 4. Assembler 95 entspricht die Befehls-Zeichenkette der Zeichenkette SET, wird vom ersten Operanden das R entfernt und die übrig bleibende Zahl im Befehlswort als D abgespeichert der zweite Operand in K abgespeichert (z.b. 2 für oder 2 für M2 auf 2 und M auf 2 gesetzt. Neben dieser Grundfunktionalität würde ein richtiger Assembler auch noch diverse Fehlerüberprüfungen durchführen, beispielsweise ob nur gültige Befehle und Operanden verwendet wurden, ob alle Operanden angegeben sind, ob das Format der Operanden stimmt, ob die Konstanten nicht zu groß sind etc. Das Grundprinzip jedoch ist immer das selbe: Assembler-Programme werden durch eine eindeutige Abbildungsregel in Befehlsworte übersetzt. Betrachten Sie die folgende Codesequenz: INPUT R, MUL R,R,R INPUT R, MUL R,R,R ADD R,R,R SQRT R,R Befehlsformat: K ( Bit) D ( Bit) M4 ( Bit) M ( Bit) M2 ( Bit) M (2 Bit) a) Übersetzen Sie das Programm in Befehlsworte des Universalrechners mit Hilfe obiger Übersetzungsregeln. Geben Sie für alle irrelevanten Bits x an xxxxxxxxxx xxx xxx xxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxx xxx xxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxx

12 96 4 Prozessor-Datenpfad Betrachten Sie die folgende Codesequenz: MUL R,R,R SET R,255 DIV R,R,R2 ADD R,R,R b) Übersetzen Sie das Programm in Befehlsworte des Universalrechners mit Hilfe obiger Übersetzungsregeln. Geben Sie für alle irrelevanten Bits x an xxxxxxxxxx xxx xxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx Betrachten Sie die folgende Codesequenz: SET R, INPUT R, ADD R,R,R INPUT R, ADD R,R,R INPUT R,2 ADD R,R,R SET R, DIV R,R,R T c) Übersetzen Sie das Programm in Befehlsworte des Universalrechners mit Hilfe obiger Übersetzungsregeln. Geben Sie für alle irrelevanten Bits x an xxx xxx xxxxxxxxxx xxx xxx xxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxx xxx xxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx xxx xxx xxx xxxxxxxxxx xxx xxx

13 4. Assembler 97 Betrachten Sie den Datenpfad des Universalrechners. SUB b a a-b MUL ADD DIV b a a/b D D6 D5 D D2 A7 A D D 2 M M4 M M2 a b c Add clk reset D D2 R7 R6 R5 R4 R R2 R R M M2 M M4 D BZ p X 5 M A2 A M4 M2 M M D4 D7 D8 D D9 D2 D4 D R K MSB n- n

14 98 4 Prozessor-Datenpfad Gegeben ist folgende Codesequenz: SET R,5 INPUT R4,2 ADD R,R,R DIV R7,R,R d) Übersetzen Sie das Programm in Befehlsworte des Universalrechners lediglich mit Hilfe des Datenpfads (ohne Übersetzungsregeln). Geben Sie für alle irrelevanten Bits x an xxx xxx xxxxxxxxxx xxx xxx xxx xxxxxxxxxx xxxxxxxxxx Gegeben ist folgende Codesequenz: SET R,2 SQRT R2,R INPUT R2, MUL R5,R,R T e) Übersetzen Sie das Programm in Befehlsworte des Universalrechners lediglich mit Hilfe des Datenpfads (ohne Übersetzungsregeln). Geben Sie für alle irrelevanten Bits x an xxx xxx xxxxxxxxxx xxx xxxxxxxxxx xxx xxx xxx xxxxxxxxxx

15 99 5 Befehlssätze und deren Klassifikation Befehlssatz Unser Universalrechner kennt 7 verschiedene Befehle: ADD, SUB, MUL, DIV, FSQRT, INPUT und SET. Die Menge (im mathematischen Sinne) der Befehle, die ein Prozessor versteht, nennt man auch den Befehlssatz (Satz im Sinne von Menge; engl.: instruction set) des Prozessors. Befehlssätze lassen sich in mehrfacher Hinsicht klassifizieren. Klassifikation nach Komplexität CISC = Complex Instruction Set Architecture CISC-Befehlssätze enthalten sehr mächtige, komplexe Befehle, um mit möglichst wenig Assembler-Code viel zu erreichen. Beispiel: Laden von zwei Operanden aus dem Speicher, Multiplikation der Operanden, Abspeichern des Ergebnisses im Speicher als ein Befehl. Dieses Prinzip war in den 97er-Jahren gängig, da die verfügbaren Speicher sehr klein waren und so weniger Platz benötigt wurde. Zudem gab es noch keine (vernünftigen) Compiler, d.h. Programme wurde in Assembler-Sprache geschrieben. Durch die mächtigen Befehle ging das Programmieren schneller, da sich die Befehle fast wie eine Hochsprache verhielten. Durch die Unterschiedlichkeit der Befehle ist das Befehlswort bzgl. der Länge variabel, d.h. die Befehlswortbreite schwankt je nach Befehl z.b. zwischen und 6 Byte. RISC = Reduced Instruction Set Architecture Bei RISC-Befehlssätzen ist die Mächtigkeit der Befehle stark reduziert. Komplexe Operationen werden durch mehrere einfachen Befehlen gelöst, statt durch einen sehr mächtigen Befehl. Beispiel Multiplikation zweier im Speicher liegender Zahlen: 2 Lade-Befehle, um Operanden vom Speicher in Register zu laden Multiplikation-Befehl, der zwei Register-Werte multipliziert und das Ergebnis wieder in einem Register abspeichert Speicher-Befehl, um das Ergebnis vom Register in den Speicher zu schreiben Durch Compiler und Programmierung in Hochsprache ist die Mächtigkeit einzelner Befehle nicht mehr ausschlaggebend für die Programmiereffizienz. Durch die Verfügbarkeit größerer Speicher besteht keine Notwendigkeit mehr, Speicher durch mächtige Befehle zu sparen. Die Befehle eines RISC-Prozessors haben in der Regel alle die selbe Befehlswortlänge, z.b. 2 Byte oder 4 Byte, was die Hardware einfacher und damit auch schneller macht.

16 2 5 Befehlssätze und deren Klassifikation Klassifikation nach Verortung der Operanden Register-Speicher-Architektur Bei einer Register-Speicher-Architektur können die Operanden der Befehle sowohl in Registern, als auch im Speicher stehen. Register-Register-Architektur/Load-Store-Architektur Bei Register-Register-Architekturen müssen Quell- und Zieloperand in Registern stehen. Quelloperanden, die im Speicher stehen, müssen zunächst mit einem Lade-Befehl (engl. load instruction) vom Speicher in ein Register geladen werden, bevor sie verarbeitet werden können. Soll das Ergebnis eines Befehls im Speicher abgelegt werden, so muss das Ergebnis zunächst in einem Register abgelegt werden, bevor es mit einem Speicher-Befehl (engl. store instruction) vom Register in den Speicher geschrieben werden kann. Da Speicherzugriffe nur über Lade- und Speicher-Befehle erfolgen, nenn man Register- Register-Architekturen auch Load-Store-Architekturen. Klassifikation nach der Anzahl der Operanden Drei-Adress-Maschine Bei einer Drei-Adress-Maschine können bis zu zwei Quell- und ein Zieloperand explizit angegeben werden. Da das bei unserem Universalrechner ebenfalls möglich war, ist unser Universalrechner eine Drei-Adress-Maschine. Beispiel: ADD R,R,R2, addiere Register R zum Register R2 und speichere das Ergebnis in Register R ab. Zwei-Adress-Maschine Bei einer Zwei-Adress-Maschine ist ein Quell-Operand gleichzeitig auch Zieloperand. Beispiel: ADD R,R, addiere Register R zum Register R und speichere das Ergebnis in Register R ab. Ein-Adress-Maschine/Akkumulator-Maschine Bei einer Ein-Adress-Maschine wird nur ein einziger Quell-Operand angegeben. Zweiter Quell-Operand und Ziel-Operand ist implizit immer das sog. Akkumulator-Register. Beispiel: ADD R, addiere Register R zum Akkumulator-Register und speichere das Ergebnis wieder im Akkumulator-Register ab. Null-Adress-Maschine/Stack-Maschine Bei einer Null-Address-Maschine muss bei einer Operation kein Operand angegeben

17 2 werden, da als Operand immer implizit die auf einem Stack oben liegenden Werte verwendet werden. Das Ergebnis wird wieder auf dem Stack abgelegt. Beispiel: push push 4 add Zunächst wird die Zahl auf dem Stack abgelegt, danach die Zahl 4. Anschließend werden beide Zahlen addiert. Das Ergebnis wird wieder auf dem Stack abgelegt.

18 22 6 MMIX-Prozessor 6 MMIX-Prozessor In diesem Kapitel beschäftigen wir uns mit dem MMIX-Prozessor. Der MMIX-Prozessor wurde von Donald Ervin Knuth zu Lehr- und Forschungszwecken an der Stanford University entwickelt. Donald Knuth ist Mathematiker und ein berühmter Computer-Pionier. Von ihm stammen unter anderem die berühmten Bücher The Art of Computer Programming sowie das Text-Satzsystem TEX, ein Vorfahre von L A TEX, mit dem z.b. dieses Skript erstellt wurde. Für mehr Infos, siehe MMIX steht für die römische Zahl 29, die sich als Mittelwert mehrerer RISC-Rechner- Kennzahlen ergibt: (CrayI + IBM8 + RISCII + ClipperC + AMD29K + Motorola88K + IBM6 + In-teli96 + Alpha264 + POWER2 + MIPSR4 + HitachiSuperH4 + StrongARM + Sparc64) / 4 = 2826 / 4 = 29. MMIX ist ein Prozessor-Modell, d.h. kein real existierender Prozessor. Damit gibt es keine Legacy-Effekte aufgrund gewünschter Rückwärtskompatibilitäten, was nicht nur die Programmierung, sondern auch die Implementierung des Prozessors sehr einfach und verständlich macht. Simulations-Tools zum MMIX-Prozessor können von der LDV- Webseite heruntergeladen werden. Der MMIX ist eine Register-Register-Architektur mit 256 Allzweck-Registern und 2 Spezial-Registern. Die Wortbreite beträgt 64 Bit (Register, Rechenwerk, Daten- und Adress-Busse), der Adressbereich umfasst 2 64 Byte. Der Befehlssatz umfasst 256 Befehle. Für alle Befehle beträgt die Befehlswortlänge 2 Bit. Donald Knuth gibt für die Ausführungszeit der meisten Befehle Takt an, was typisch für RISC-Prozessoren ist. Diese Ausführungszeit bezieht sich jedoch auf den von Donald Knuth erstellten Simulator und nicht auf die von uns entwickelte Datenpfad-Realisierung.

19 6. Programmiermodell 2 6. Programmiermodell 2 Spezialregister 256 Allzweckregister Speicher 64 Bit 64 Bit 8 Bit PUT LDx 64 Bit GET 8, 6, 2, 64 Bit STx 2 Bit Befehlswort 255 OP X Y Z 64 Bit 64 Bit 8, 6, 24 Bit ALU STCO Die Operanden, die vom Rechenwerk (ALU = Arithmetic Logic Unit) verarbeitet werden, entstammen entweder den Allzweckregistern (64 Bit Wortbreite) oder direkt dem Befehlswort (Direktoperand; 8, 6, 24 Bit). Ein vom Rechenwerk berechnetes Ergebnis (Zieloperand) wird immer in einem Allzweckregister abgelegt. Daten aus dem Speicher müssen erst mit Ladebefehlen (LDx) in ein Allzweckregister geladen werden, bevor Sie vom Rechenwerk verarbeitet werden können. Daten können mit Speicherbefehlen (STx) von einem Allzweckregister in den Speicher geschrieben werden. Die Wortbreite für Speicherzugriffe beträgt 8, 6, 2 oder 64 Byte. Für jede Wortbreite gibt es einen eigenen Lade- bzw. Speicherbefehl, was mit dem x bei LDx bzw. STx gekennzeichnet ist. Der Zugriff auf die Spezialregister erfolgt mit PUT (vom Allzweckregister ins Spezialregister schreiben) bzw. mit GET (Daten vom Spezialregister in ein Allzweckregister einlesen). Mit dem STCO-Befehl können 8 Bit breite Operanden vom Befehlswort in den Speicher geschrieben werden.

20 24 6 MMIX-Prozessor 6.2 Register Die Register sind kleine, jedoch sehr schnelle Speicherelemente, die im Prozessor-Kern untergebracht sind. Die Wortbreite der Register entspricht typischerweise der Breite der Datenworte, die vom Prozessor verarbeitete werden können. Beim MMIX sind die Register 64 Bit groß. Allzweckregister Allzweckregister (engl. general purpose register) sind Register, die keinen bestimmten Zweck haben, sondern universell verwendet werden können. Gemeint ist, dass diese Register als Operanden für alle Befehle verwendet werden können. Es gibt bei Allzweckregistern also keine festgelegte Bindung zwischen einem bestimmten Register und einer bestimmten auszuführenden Operation (z.b. Festkomma-Addition, Basis-Adresse für Speicherzugriff,...). Die 256 Allzweckregister des MMIX haben keine besonderen Namen, sondern werden von bis 255 durchnummeriert und über diese Nummer angesprochen. Um Register von Zahlen unterscheiden zu können wird der Registernummer ein Dollarzeichen vorangestellt. $ meint also den Inhalt von Register, während die Zahl meint. Computerprogramme verwenden sowohl globale als auch lokale Variable: Globale Variable können von allen Programmteilen verwendet werden, lokale nur von einem Teilausschnitt, z.b. einer Funktion. Beim MMIX werden lokale Variable in den unteren Allzweckregistern ($, $,... = lokale Register) und globale Variable in den oberen Allzweckregistern ($255, $254,... = globale Register) abgelegt. Die dazwischen liegenden unbenutzten Register werden beim MMIX marginale Register genannt. Die Nummer des ersten freien lokalen Registers ist in Spezialregister rl abgelegt, die Nummer des ersten globalen Registers in Spezialregister rg. $255 $(rg) Globale Register Marginale Register $(rl) $ Lokale Register