前言

現(xiàn)代CPU內部除了 運算器和控制器， 還有一個常見的組件: 寄存器 ，是CPU內部用來存放數(shù)據(jù)的一些小型的存儲區(qū)域，用來暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)以及運算結果。在https://mp.weixin.qq.com/s/KecubYROQztHvwPicJb9wQ這篇文章中，我們了解了計算機各個硬件讀寫速度的差異，其中從存儲器速度、容量和價格的關系金字塔圖發(fā)現(xiàn)：最上層的寄存器速度最快，容量最小，價格也最昂貴

下面我們來看看幾個常見寄存器：

數(shù)據(jù)寄存器(DR)

數(shù)據(jù)寄存器（Data Register，DR）又稱數(shù)據(jù)緩沖寄存器，數(shù)據(jù)寄存器用于存放操作數(shù)，其位數(shù)應滿足多數(shù)數(shù)據(jù)類型的數(shù)值范圍，其主要功能是作為CPU和主存、外設之間信息傳輸?shù)闹修D站，用以彌補CPU和主存、外設之間操作速度上的差異。

數(shù)據(jù)寄存器用來暫時存放由主存儲器讀出的一條指令或一個數(shù)據(jù)字；反之，當向主存存入一條指令或一個數(shù)據(jù)字時，也將它們暫時存放在數(shù)據(jù)寄存器中。

數(shù)據(jù)寄存器的作用是 ：

1. 作為CPU和主存、外圍設備之間信息傳送的中轉站；
2. 彌補CPU和主存、外圍設備之間在操作速度上的差異；
3. 在單累加器結構的運算器中，數(shù)據(jù)寄存器還可兼作操作數(shù)寄存器。

地址寄存器(AR)

地址寄存器（Address Register，AR）用來保存CPU當前所訪問的主存單元的地址。其本身可以具有通用性，也可用于特殊的尋址方式，如用于基址尋址的段指針（存放基地址）、用于變址尋址的變址寄存器和用于堆棧尋址的棧指針。地址寄存器的位數(shù)必須足夠長，以滿足最大的地址范圍。

由于在主存和CPU之間存在操作速度上的差異，所以必須使用地址寄存器來暫時保存主存的地址信息，直到主存的存取操作完成為止。

程序狀態(tài)寄存器(PSW)

程序狀態(tài)寄存器（PSW），用來保存各類運算指令或測試指令的結果的各種狀態(tài)信息 除此之外，程序狀態(tài)字寄存器還用來保存中斷和系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息，以便CPU和系統(tǒng)及時了解機器運行狀態(tài)和程序運行狀態(tài)。程序狀態(tài)寄存器 是構成 運算器的重要組成部分

累加寄存器(AC)

累加寄存器通常簡稱累加器（AC），是一個通用寄存器。

累加器的功能是：當運算器的算術邏輯單元ALU執(zhí)行算術或邏輯運算時，為ALU提供一個工作區(qū)，可以為ALU暫時保存一個操作數(shù)或運算結果。顯然，運算器中至少要有一個累加寄存器。

乘商寄存器(MQ)

在運算器中，乘商寄存器主要負責數(shù)據(jù)的乘法與除法運算并可保存運算結果，是運算器的基本組成部分，是運算器三個基本寄存器之一。

程序計數(shù)器(PC)

程序計數(shù)器（PC），具有寄存信息和計數(shù)兩種功能，一般用來 存放下一條指令在主存儲器中的地址 。

在程序執(zhí)行之前，首先必須將程序的首地址，即程序第一條指令所在主存單元的地址送入PC，因此PC的內容即是從主存提取的第一條指令的地址。

當執(zhí)行指令時，CPU能自動遞增PC的內容，使其始終保存將要執(zhí)行的下一條指令的主存地址，為取下一條指令做好準備。但是，當遇到轉移指令時，下一條指令的地址將由轉移指令的地址碼字段來指定，而不是像通常的那樣通過順序遞增PC的內容來取得。

指令寄存器(IR)

指令寄存器（Instruction Register，IR）， 用來保存當前欲執(zhí)行的指令 。

當執(zhí)行一條指令時，首先把該指令從主存讀取到數(shù)據(jù)寄存器中，然后再傳送至指令寄存器。

指令包括操作碼和地址碼兩個字段，為了執(zhí)行指令，必須對操作碼進行測試，識別出所要求的操作，指令譯碼器 就是完成這項工作的。指令譯碼器對指令寄存器的操作碼部分進行譯碼，以產(chǎn)生指令所要求操作的控制電位，并將其送到微操作控制線路上，在時序部件定時信號的作用下，產(chǎn)生具體的操作控制信號。

指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經(jīng)譯碼，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。

MAR、MDR

另外寄存器不只存在CPU中，存儲器中也存在寄存器，比如MAR、MDR

• MAR：存儲器地址寄存器，用于存放將被訪問的存儲單元的地址。作用和AR類似
• MDR：存儲器數(shù)據(jù)寄存器，用于存放欲存入存儲器中的數(shù)據(jù)或最近從存儲器中讀出的數(shù)據(jù)。作用和DR類似

其中MAR位數(shù)反映儲存單元的個數(shù)，即最多能表示多少個不同的狀態(tài)；MDR位數(shù)=儲存字長=每個儲存單元的大小

小結

將上面各個寄存器組合起來，我們可以畫出一幅計算機更細化的組成圖：

當存儲器開始讀操作的時候，存儲器將指定地址單元內的指令讀至MDR，再由MDR送至IR。IR將指令中的操作碼送到CU中，用來分析指令并發(fā)出各種微操作命令序列。再加指令中地址碼送到MAR,用來去操作數(shù)

在CPU內部必須給ALU提供數(shù)據(jù)，因此ALU必須可直接訪問MDR，ALU的外圍還可以有另一些寄存器AC、MQ、X，這些寄存器用于ALU的輸入、輸出以及用于和MDR及用戶可見寄存器交換數(shù)據(jù)。

在CPU的控制和狀態(tài)寄存器中，還有用來存放程序狀態(tài)字PSW的寄存器，該寄存器用來存放條件碼和其他狀態(tài)信息。在具有中斷系統(tǒng)的機器中還有中斷標記寄存器等等。

參考資料：

計算機組成原理(第2版)-唐朔飛 https://blog.csdn.net/weibo1230123/article/details/83106141