极简计算机结构介绍
  • 0. 极简计算机结构介绍
  • 1. 布尔代数
  • 2. 逻辑门(Logic Gates)
  • 3. 计算单元
    • 3.1 二进制加法
    • 3.2 补码
    • 3.3 ALU
  • 4. 存储单元
    • 4.1. SR Latch:如何存储 1 Bit
    • 4.2. 时钟:计算机中的时间模型
    • 4.3. D Flip-Flop:以时钟为脉搏的存储器
    • 4.4. 地址:可寻址的存储单元
    • 4.5. 内存:大容量的存储芯片
    • 4.6. 寄存器:CPU 的存储单元
  • 5. 计算模型与机器语言
  • 6. 指令与汇编
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  1. 4. 存储单元

4.6. 寄存器:CPU 的存储单元

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CPU 与内存是两个独立的芯片,计算机运行时,CPU 通过总线与内存交换数据,这种数据传输通道的速率远远低于CPU的时钟周期,为了加快CPU的处理速度,芯片制造者们在CPU内部加入了寄存器(Register)。

寄存器是位于 CPU 内部的存储组件,构造寄存器的底层原理与构造内存是一样的。CPU 中的寄存器分为专用寄存器与通用寄存器,专用寄存器有专门的用途,甚至其内容不允许用户直接修改,例如 PC(Program Counter); 而通用寄存器的用途由编程人员自己决定。下图是英特尔 X86 系列最早的芯片 Intel 8086 所定义的寄存器:

寄存器的数目是极其有限的,因此 CPU 内部的每个寄存器都有固定的编码,例如上图中,寄存器 AX 指代的就是由 AH 与 AL 两个 8 位寄存器组成的一个 16 位寄存器。也就是说,从编程人员的视角来看(除非直接写二进制的机器指令),CPU 指令对寄存器的寻址是通过名字进行的,这是与内存寻址方式最大的不同。

Intel 8086 Registers