计算机硬件系统-CPU中的寄存器

本节主要介绍计算机硬件系统中CPU的常用寄存器，包括通用寄存器和专用寄存器的介绍。

CPU的常用寄存器分为通用寄存器和专用寄存器。

• 通用寄存器：用来存放原始数据和运算结果，一般可以由CPU直接访问。

有趣的问题：为什么要设计通用寄存器呢？

这里来给大家讲讲，因为我们处理数据时肯定会有一些中间的结果，比如“2+5-3”，那么结果是什么呢？你会发现这个时候我们需要做一些运算，那“2+5”计算后肯定不会是一个最终的结果，如果你把结果“7”写入内存，由于CPU和内存之间是有速度差的，若CPU先把中间结果“7”写入内存，再把“7”从内存读回CPU再进行处理，这样的话CPU的运行速度会非常慢，所以中间的一些结果，包括原始的一些数据，我们会先把它们放到CPU的内部通用寄存器，这个寄存器也是具备一定的存储功能的，只不过它的速度非常快。正因为这样，通用寄存器的成本会比较高，所以设计的时候不会让它容量太大。

• 专用寄存器：专门用来完成某一种特殊功能的寄存器。CPU至少要有5个专用的寄存器。

CPU专用寄存器

• 程序计数器（PC）：用来存放接着要执行的下条指令地址。

指令的基本格式：

由图可见：程序计数器PC存放是绿色的下条指令的地址。

• 指令寄存器（IR）：用来存放从存储器中取出的指令。

由图可见：指令寄存器存放的是指令本身，包含了操作码字段和地址码。

• 存储器地址寄存器（MAR）：用来保存当前CPU所访问的主存单元的地址。可简称“AR”。

CPU的程序寄存器PC当中存入下条要执行的指令地址，然后按照这个地址要去内存当中去找这块存储单元，但是PC里面的值不直接送入相应的线路，而是要经过MAR才能送入相应的线路。

• 存储器数据寄存器（MDR）：用来暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字；同理，当向主存存入一条指令或一个数据字时，也要暂存。可简称“DR”。

如果读出或存入的是一条指令，那么接下来这条指令就会被送到指令寄存器IR里面。

如果读出或存入的是一个数据字，那么接下来这个数据字就要通过MDR送到相应的寄存器去处理。

• 状态标志寄存器（PSWR）：用来存放程序状态字。程序状态字的各位表征程序和机器运行的状态，是参与控制程序执行的重要依据之一。比如现在CPU有没有发生溢出，当前CPU是否允许中断，相应的这些状态标记我们要做特定的设置。