寄存器的分类及作用

Posted 2022-06-23 旭日初扬

目录

一、存储器与寄存器

1.1、存储器

1.2、寄存器

二、扩展

2.1、CPU 

2.1.1、控制单元

2.1.2、运算单元

2.1.3、存储单元

三、存储器的分类

3.1、按存储介质分类

3.2、按存储方式分类

3.3、安读写功能分类

3.4、按信息保存性质分类

3.5、按用途分类

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一、存储器与寄存器

1.1、存储器

• 存储器在cpu外、一般指硬盘、u盘，切断电源仍可以保存资料的设备。
• 特点：容量大。
• 缺点：读写速度慢。

1.2、寄存器

• 寄存器是中央处理器内的组成部份。它跟CPU有关。
• 内存和寄存器是为了解决存储器读写速度而产生的多级存储机制。
• 寄存器亦称缓存，一般是指由基本触发器结构衍生出来的D触发，一般是一些与非门构成的结构，一般整合在CPU内，其读写速度更CPU的运行速度基本匹配。由于其性能优越，所以价格昂贵。一般好的CPU也就只有几MB的2级缓存，1级缓存更小。
• 不同的寄存器有不同的作用，如通用寄存器(GR)可以存放操作数、操作数的地址或中间结构；指令寄存器(IR)用以存放当前正在执行的指令。

二、扩展

2.1、CPU 

• 中央处理器，是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心(Control Unit)。
• CPU的根本任务就是执行指令，对计算机来说最终都是一串由"0"和"1"组成的序列。CPU从逻辑上可以划分为3个模块。即控制单元、运算单元和存储单元、此三部分由cpu内部总线连接起来。

2.1.1、控制单元

• 控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)等，对协调整个电脑有序工作极为重要。
• 它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。
• 操作控制器OC中主要包括节拍脉冲发生器、控制矩阵、时钟脉冲发生器、复位电路和启停电路等控制逻辑。

2.1.2、运算单元

是运算器的核心。可以执行算术运算(包括加减乘数等基本运算及其附加运算)和逻辑运算(包括移位、逻辑测试或两个值比较)。相对控制单元而言，运算器接受控制单元的命令而进行动作，即运算单元所进行的全部操作都是由控制单元发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。

2.1.3、存储单元

• 包括CPU片内缓存和寄存器组，是CPU中暂时存放数据的地方，里面保存着那些等待处理的数据，或已经处理过的数据，CPU访问寄存器所用的时间要比访问内存的时间短。
• 采用寄存器，可以减少CPU访问内存的次数，从而提高了CPU的工作速度。
• 但因为受到芯片面积和集成度所限，寄存器组的容量不可能很大。寄存器组可分为专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器的作用是固定的，分别寄存相应的数据。
• 而通用寄存器用途广泛并可由程序员规定其用途，通用寄存器的数目因微处理器而异。

三、存储器的分类

3.1、按存储介质分类

• 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器(约20世纪70年代出现)。
• 磁表面存储器：用磁性材料做的存储器(约20世纪50代出现)。

3.2、按存储方式分类

• 随机存储器：任何存储单元的内容度可以被随机存储，且存储时间和存储单元的物理未知无关
• 顺序存储器：只能按某种存储顺序来存取、存取时间和存储单元的物理未知有关。

3.3、安读写功能分类

• 只读存储器(ROM):存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。
• 随机读写存储器(RAM):能读能写的存储器。

3.4、按信息保存性质分类

• 非永久记忆的存储器：断电信息消失的存储器。
• 永久记忆的存储器：断电后信息保存的存储器。

3.5、按用途分类

• 主存储器：主存储器内存存放计算机运行期间的大量程序和数据存取速度较快，存储容量不大。
• 外存储器：外存存放系统程序和大型数据文件及数据库存储容量大、成本低。
• 高速缓冲存储器：高速缓冲存储器Cache高速存取指令和数据存储速度快，但存储量小。