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寄存器

寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件,它们可用来暂存指令数据地址。在中央处理器的控制部件中,包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)。在中央处理器的算术及逻辑部件中,存器有累加器(ACC)。

寄存器,是集成电路中非常重要的一种存储单元,通常由触发器组成。在集成电路设计中,寄存器可分为电路内部使用的寄存器和充当内外部接口的寄存器这两类。内部寄存器不能被外部电路或软件访问,只是为内部电路的实现存储功能或满足电路的时序要求。而接口寄存器可以同时被内部电路和外部电路或软件访问,CPU中的寄存器就是其中一种,作为软硬件的接口,为广泛的通用编程用户所熟知。

在计算机领域,寄存器是CPU内部的元件,包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。寄存器拥有非常高的读写速度,所以在寄存器之间的数据传送非常快。

寄存器是内存阶层中的最顶端,也是系统获得操作资料的最快速途径。寄存器通常都是以他们可以保存的位元数量来估量,

举例来说,一个"8 位元寄存器"或"32位元寄存器"。寄存器现在都以寄存器档案的方式来实作,但是他们也可能使用单独的正反器、高速的核心内存、薄膜内存以及在数种机器上的其他方式来实作出来。

寄存器通常都用来意指由一个指令之输出或输入可以直接索引到的暂存器群组。更适当的是称他们为"架构寄存器"。

例如,x86指令集定义八个32 位元寄存器的集合,但一个实际 x86 指令集的CPU可以包含比八个更多的寄存器。

数据寄存器- 用来储存整数数字(参考以下的浮点寄存器)。在某些简单/旧的CPU,特别的数据寄存器是累加器,作为数学计算之用。

地址寄存器- 持有存储器地址,用来访问存储器。在某些简单/旧的CPU里,特别的地址寄存器是索引寄存器(可能出现一个或多个)。

通用目的寄存器(GPRs) - 可以保存数据或地址两者,也就是说它们是结合数据/地址 寄存器的功用。

浮点寄存器(FPRs) - 用来储存浮点数字

常数寄存器- 用来持有只读的数值(例如0、1、圆周率等等)。

向量寄存器- 用来储存由向量处理器运行SIMD(Single Instruction, Multiple Data)指令所得到的数据。

特殊目的寄存器- 储存CPU内部的数据,像是程序计数器(或称为指令指针),堆栈寄存器,以及状态寄存器(或称微处理器状态字组)。

指令寄存器(instruction register)- 储存现在正在被运行的指令。

索引寄存器(index register)- 是在程序运行时用来更改运算对象地址之用。

在某些架构下,模式指示寄存器(也称为"机器指示寄存器")储存和设置跟处理器自己有关的数据。由于他们的意图目的是附加到特定处理器的设计,因此他们并不被预期会成为微处理器世代之间保留的标准。

有关从随机存取存储器提取信息的寄存器与CPU(位于不同芯片的储存寄存器集合)

存储器缓冲寄存器(Memory buffer register)

存储器数据寄存器(Memory data register)

存储器地址寄存器(Memory address register)

存储器型态范围寄存器(Memory Type Range Registers)

向量寄存器

寄存器的基本单元是 D触发器,按照其用途分为基本寄存器和移位寄存器

基本寄存器(见图)是由 D触发器组成,在 CP 脉冲作用下,每个 D触发器能够寄存一位二进制码。在 D=0 时,寄存器储存为 0,在 D=1 时,寄存器储存为 1。

在低电平为 0、高电平为 1 时,需将信号源与 D 间连接一反相器,这样就可以完成对数据的储存。

需要强调的是,目前大型数字系统都是基于时钟运作的,其中寄存器一般是在时钟的边缘被触发的,基于电平触发的已较少使用。(通常说的CPU的频率就是指数字集成电路的时钟频率)

移位寄存器按照移位方向可以分为单向移位寄存器和双向移位寄存器

单向移位寄存器是由多个 D 触发器串接而成(见图),在串口 Di 输入需要储存的数据,触发器 FF0 就能够储存当前需要储存数据,在 CP 发出一次时钟控制脉冲时,串口 Di 同时输入第二个需要储存是的数据,而第一个数据则储存到触发器 FF1 中。

双向移位寄存器按图中方式排列,调换连接端顺序,可以控制寄存器向左移位,增加控制电路可以使寄存器右移,这样构成双向移位寄存器。

8086 有14个16位寄存器,这14个寄存器按其用途可分为(1)通用寄存器、(2)指令指针、(3)标志寄存器和(4)段寄存器等4类。

寄存器的功能十分重要,CPU对存储器中的数据进行处理时,往往先把数据取到内部寄存器中,而后再作处理。外部寄存器是计算机中其它一些部件上用于暂存数据的寄存器,它与CPU之间通过"端口"交换数据,外部寄存器具有寄存器和内存储器双重特点。有些时候我们常把外部寄存器就称为"端口",这种说法不太严格,但经常这样说。

外部寄存器虽然也用于存放数据,但是它保存的数据具有特殊的用途。某些寄存器中各个位的0、1状态反映了外部设备的工作状态或方式;还有一些寄存器中的各个位可对外部设备进行控制;也有一些端口作为CPU同外部设备交换数据的通路。所以说,端口是CPU和外设间的联系桥梁。CPU对端口的访问也是依据端口的"编号"(地址),这一点又和访问存储器一样。不过考虑到机器所联接的外设数量并不多,所以在设计机器的时候仅安排了1024个端口地址,端口地址范围为0--3FFH。

寄存器又分为内部寄存器与外部寄存器,所谓寄存器,其实也是一些小的存储单元,也能存储数据。但同存储器相比,寄存器又有自己独有的特点:

①寄存器位于CPU内部,数量很少,仅十四个

②寄存器所能存储的数据不一定是8bit,有一些寄存器可以存储16bit数据,对于386/486处理器中的一些寄存器则能存储32bit数据

③每个内部寄存器都有一个名字,而没有类似存储器的地址编号。

1.可将寄存器内的数据执行算术及逻辑运算

2.存于寄存器内的地址可用来指向内存的某个位置,即寻址

3.可以用来读写数据到电脑的周边设备。

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