ステータスレジスタ（status register）は、CPUやマイクロプロセッサの内部で非常に重要な役割を担うレジスタの一種です。
プログラムの処理結果や演算結果に基づいて、動作状態を保持するためのフラグが設定されます。
本記事では、ステータスレジスタの基本的な概念、フラグレジスタ（flag register）や条件コードレジスタ（CCR）の詳細な説明、またその実際の応用例について詳しく解説します。
ステータスレジスタの基本概念
ステータスレジスタは、マイクロプロセッサ（MPUやCPU）の内部に存在する、演算結果や処理結果を保持するためのレジスタです。
これには、条件分岐命令や演算命令の結果に応じて設定される複数のフラグが含まれます。
フラグレジスタ（flag register）や条件コードレジスタ（CCR）は、これらのフラグの集合体として、プロセッサの状態を反映し、次に実行する処理に影響を与えます。
ステータスレジスタの構成
ステータスレジスタには複数のビットがあり、それぞれが特定の役割を持っています。
以下は、代表的なフラグです：
- キャリーフラグ（Carry flag）：演算結果で繰り上がりや繰り下がりが発生した場合にセットされます。例えば、符号なし整数の加算で桁あふれが発生すると、このフラグが立ちます。
- ゼロフラグ（Zero flag）：演算結果がゼロであった場合にセットされます。
- サインフラグ（Sign flag）：演算結果が負である場合にセットされます。
- オーバーフローフラグ（Overflow flag）：符号付き演算でオーバーフローが発生した場合にセットされます。
これらのフラグは、次に実行される命令に反映され、プログラムの制御に大きな影響を与えます。
ステータスレジスタの役割と動作
ステータスレジスタは、演算や処理の結果を反映させるために非常に重要です。
例えば、加算命令を実行する際に、桁あふれが発生した場合、キャリーフラグが立ち、その後の計算に反映されます。
これにより、次の命令が桁あふれを考慮した処理を行うことができ、長い桁の加算を簡単に実装することができます。
また、条件分岐命令では、ステータスレジスタの内容を参照して、次に実行する命令の分岐先を決定します。
たとえば、ゼロフラグがセットされていれば、指定された分岐先にジャンプする、といった処理が行われます。
ステータスレジスタの使用例
ステータスレジスタは、さまざまなプログラムの動作に影響を与えるため、非常に実用的です。
以下は、ステータスレジスタを利用した実際の使用例です。
符号なし加算とキャリーフラグ
例えば、符号なし整数の加算において、桁あふれが発生した場合、キャリーフラグが設定されます。
このフラグを次の演算に反映させることで、桁あふれを処理することが可能となります。
これにより、長い桁の加算が正しく処理できるようになります。
条件分岐命令とフラグの活用
条件分岐命令では、ステータスレジスタのフラグが重要な役割を果たします。
例えば、ゼロフラグが立っていれば、次に実行する命令が条件付き分岐を行うことができます。
このように、ステータスレジスタを利用することで、動的にプログラムの流れを制御できます。
ステータスレジスタの命令セットとの関係
ステータスレジスタの各ビットがどのように書き換えられるかは、使用している命令セットアーキテクチャ（ISA）によって異なります。
例えば、x86アーキテクチャでは、フラグレジスタが特定の命令の実行結果を保持し、次の命令で参照されます。
ARMアーキテクチャでも、条件コードレジスタ（CCR）が同様の役割を果たします。
プロセッサによって異なる実装があるため、開発者は対象プロセッサの仕様に基づいてステータスレジスタを正しく操作する必要があります。
まとめ
ステータスレジスタは、プロセッサ内部での演算結果を保持し、次の処理に反映させる重要な役割を果たします。
フラグレジスタ（flag register）や条件コードレジスタ（CCR）は、条件分岐や演算処理において不可欠な要素であり、プログラムの制御や効率化をサポートします。
特に、キャリーフラグやゼロフラグ、オーバーフローフラグなどは、演算結果に基づいて動的に動作を決定するため、効率的な処理を実現します。
ステータスレジスタを正しく理解し、活用することは、プログラム開発において非常に重要です。