Befehlzeiger

Der Befehlzeiger, im Deutschen oft als Program Counter (PC) oder Instruction Pointer (IP) bezeichnet, ist ein spezielles Register in einem Prozessor, das die Adresse der nächsten auszuführenden Anweisung enthält. Er bildet eine zentrale Komponente des Fetch-Execute-Zyklus und steuert, welcher Befehl als Nächstes aus dem Speicher gelesen wird.

Funktionsweise: In jedem Takt wird die Anweisung an der Adresse des Befehlzeigers aus dem Speicher gelesen. Danach wird der Befehlzeiger in der Regel um die Länge der gelesenen Anweisung inkrementiert. Bei Sprüngen (unbedingte und bedingte), Funktionsaufrufen, Unterbrechungen oder Ausnahmen wird der Zeiger auf das Ziel der nächsten Ausführung gesetzt. Manche Architekturen erlauben zusätzlich explizites Schreiben des Befehlzeigers durch Software oder spezielle Instruktionen. In einigen Systemen ist der Befehlzeiger vollständig sichtbar, in anderen nur über bestimmte Registerzugriffe erreichbar.

Architekturvarianten: In vielen Prozessoren existieren dedizierte PC-/RIP-/EIP-/R15-Register. In x86-Architekturen heißen die 32- und 64-Bit-Varianten EIP bzw. RIP; ARM-Architekturen verwenden häufig PC als Alias für einen Registerteil. In einigen Architekturen ist der Befehlzeiger eng mit der Pipeline verknüpft, wodurch Fetch-, Decode- und Execute-Stufen asynchron arbeiten. Oft wird der Befehlzeiger virtuell (logisch) adressiert, während bei anderen Systemen physische Adressierung verwendet wird.

Anwendung und Bedeutung: Der Befehlzeiger ist zentral für Kontextwechsel, Unterbrechungs- und Exceptionsbehandlung sowie Debugging. Betriebssystemkerne speichern und laden ihn beim Thread- oder Prozesswechsel. Debugger setzen Breakpoints, indem sie den Zeiger gezielt auf Zieladressen setzen, und Entwickler können den aktuellen Zeigerwert zur Fehlersuche auslesen.