前言

現(xiàn)代CPU內(nèi)部除了 運(yùn)算器和控制器， 還有一個(gè)常見(jiàn)的組件: 寄存器 ，是CPU內(nèi)部用來(lái)存放數(shù)據(jù)的一些小型的存儲(chǔ)區(qū)域，用來(lái)暫時(shí)存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)以及運(yùn)算結(jié)果。在https://mp.weixin.qq.com/s/KecubYROQztHvwPicJb9wQ這篇文章中，我們了解了計(jì)算機(jī)各個(gè)硬件讀寫(xiě)速度的差異，其中從存儲(chǔ)器速度、容量和價(jià)格的關(guān)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(jià)格也最昂貴

下面我們來(lái)看看幾個(gè)常見(jiàn)寄存器：

數(shù)據(jù)寄存器(DR)

數(shù)據(jù)寄存器（Data Register，DR）又稱(chēng)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(yīng)滿(mǎn)足多數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)值范圍，其主要功能是作為CPU和主存、外設(shè)之間信息傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，用以彌補(bǔ)CPU和主存、外設(shè)之間操作速度上的差異。

數(shù)據(jù)寄存器用來(lái)暫時(shí)存放由主存儲(chǔ)器讀出的一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)字；反之，當(dāng)向主存存入一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)字時(shí)，也將它們暫時(shí)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(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站；
2. 彌補(bǔ)CPU和主存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的差異；
3. 在單累加器結(jié)構(gòu)的運(yùn)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(lái)保存CPU當(dāng)前所訪(fǎng)問(wèn)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(zhǎng)，以滿(mǎn)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(lái)暫時(shí)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(lái)保存各類(lèi)運(yùn)算指令或測(cè)試指令的結(jié)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(lái)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(shí)了解機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和程序運(yùn)行狀態(tài)。程序狀態(tài)寄存器 是構(gòu)成 運(yùn)算器的重要組成部分

累加寄存器(AC)

累加寄存器通常簡(jiǎn)稱(chēng)累加器（AC），是一個(gè)通用寄存器。

累加器的功能是：當(dāng)運(yùn)算器的算術(shù)邏輯單元ALU執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算時(shí)，為ALU提供一個(gè)工作區(qū)，可以為ALU暫時(shí)保存一個(gè)操作數(shù)或運(yùn)算結(jié)果。顯然，運(yùn)算器中至少要有一個(gè)累加寄存器。

乘商寄存器(MQ)

在運(yùn)算器中，乘商寄存器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的乘法與除法運(yùn)算并可保存運(yùn)算結(jié)果，是運(yùn)算器的基本組成部分，是運(yùn)算器三個(gè)基本寄存器之一。

程序計(jì)數(shù)器(PC)

程序計(jì)數(shù)器（PC），具有寄存信息和計(jì)數(shù)兩種功能，一般用來(lái) 存放下一條指令在主存儲(chǔ)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(nèi)容即是從主存提取的第一條指令的地址。

當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)，CPU能自動(dòng)遞增PC的內(nèi)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(zhǔn)備。但是，當(dāng)遇到轉(zhuǎn)移指令時(shí)，下一條指令的地址將由轉(zhuǎn)移指令的地址碼字段來(lái)指定，而不是像通常的那樣通過(guò)順序遞增PC的內(nèi)容來(lái)取得。

指令寄存器(IR)

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

當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，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(gè)字段，為了執(zhí)行指令，必須對(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試，識(shí)別出所要求的操作，指令譯碼器 就是完成這項(xiàng)工作的。指令譯碼器對(duì)指令寄存器的操作碼部分進(jìn)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(xiàn)路上，在時(shí)序部件定時(shí)信號(hào)的作用下，產(chǎn)生具體的操作控制信號(hào)。

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(hào)。

MAR、MDR

另外寄存器不只存在CPU中，存儲(chǔ)器中也存在寄存器，比如MAR、MDR

• MAR：存儲(chǔ)器地址寄存器，用于存放將被訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址。作用和AR類(lèi)似
• MDR：存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器，用于存放欲存入存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)或最近從存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)。作用和DR類(lèi)似

其中MAR位數(shù)反映儲(chǔ)存單元的個(gè)數(shù)，即最多能表示多少個(gè)不同的狀態(tài)；MDR位數(shù)=儲(chǔ)存字長(zhǎng)=每個(gè)儲(chǔ)存單元的大小

小結(jié)

將上面各個(gè)寄存器組合起來(lái)，我們可以畫(huà)出一幅計(jì)算機(jī)更細(xì)化的組成圖：

當(dāng)存儲(chǔ)器開(kāi)始讀操作的時(shí)候，存儲(chǔ)器將指定地址單元內(nèi)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(lái)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(lái)去操作數(shù)

在CPU內(nèi)部必須給ALU提供數(shù)據(jù)，因此ALU必須可直接訪(fǎng)問(wèn)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(hù)可見(jiàn)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(lái)存放程序狀態(tài)字PSW的寄存器，該寄存器用來(lái)存放條件碼和其他狀態(tài)信息。在具有中斷系統(tǒng)的機(jī)器中還有中斷標(biāo)記寄存器等等。

參考資料：

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