目錄
- 前言
- 資料暫存器(DR)
- 地址暫存器(AR)
- 程式狀態暫存器(PSW)
- 累加暫存器(AC)
- 乘商暫存器(MQ)
- 程式計數器(PC)
- 指令暫存器(IR)
- MAR、MDR
- 小結
作者：小牛呼嚕嚕 | https://xiaoniuhululu.com
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前言
現代CPU內部除了運算器和控制器，還有一個常見的組件: 暫存器，是CPU內部用來存放資料的一些小型的存盤區域，用來暫時存放參與運算的資料以及運算結果，
在https://mp.weixin.qq.com/s/KecubYROQztHvwPicJb9wQ這篇文章中，我們了解了計算機各個硬體讀寫速度的差異，其中從存盤器速度、容量和價格的關系金字塔圖發現：
最上層的暫存器速度最快，容量最小，價格也最昂貴
下面我們來看看幾個常見暫存器：
資料暫存器(DR)
資料暫存器（Data Register，DR）又稱資料緩沖暫存器，資料暫存器用于存放運算元，其位數應滿足多數資料型別的數值范圍，其主要功能是作為CPU和主存、外設之間資訊傳輸的中轉站，用以彌補CPU和主存、外設之間操作速度上的差異，
資料暫存器用來暫時存放由主存盤器讀出的一條指令或一個資料字；反之，當向主存存入一條指令或一個資料字時，也將它們暫時存放在資料暫存器中，
資料暫存器的作用是 ：
- 作為CPU和主存、外圍設備之間資訊傳送的中轉站；
- 彌補CPU和主存、外圍設備之間在操作速度上的差異；
- 在單累加器結構的運算器中，資料暫存器還可兼作運算元暫存器，
地址暫存器(AR)
地址暫存器（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標（存放基地址）、用于變址尋址的變址暫存器和用于堆疊尋址的堆疊指標，地址暫存器的位數必須足夠長，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，所以必須使用地址暫存器來暫時保存主存的地址資訊，直到主存的存取操作完成為止，
程式狀態暫存器(PSW)
程式狀態暫存器（PSW），用來保存各類運算指令或測驗指令的結果的各種狀態資訊
除此之外，程式狀態字暫存器還用來保存中斷和系統作業狀態等資訊，以便CPU和系統及時了解機器運行狀態和程式運行狀態，
程式狀態暫存器 是構成 運算器的重要組成部分
累加暫存器(AC)
累加暫存器通常簡稱累加器（AC），是一個通用暫存器，
累加器的功能是：當運算器的算術邏輯單元ALU執行算識訓邏輯運算時，為ALU提供一個作業區，可以為ALU暫時保存一個運算元或運算結果，顯然，運算器中至少要有一個累加暫存器，
乘商暫存器(MQ)
在運算器中，乘商暫存器主要負責資料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，是運算器三個基本暫存器之一，
程式計數器(PC)
程式計數器（PC），具有寄存資訊和計數兩種功能，一般用來存放下一條指令在主存盤器中的地址，
在程式執行之前，首先必須將程式的首地址，即程式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，
當執行指令時，CPU能自動遞增PC的內容，使其始終保存將要執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欄位來指定，而不是像通常的那樣通過順序遞增PC的內容來取得，
指令暫存器(IR)
指令暫存器（Instruction Register，IR），用來保存當前欲執行的指令，
當執行一條指令時，首先把該指令從主存讀取到資料暫存器中，然后再傳送至指令暫存器，
指令包括操作碼和地址碼兩個欄位，為了執行指令，必須對操作碼進行測驗，識別出所要求的操作，指令譯碼器 就是完成這項作業的，指令譯碼器對指令暫存器的操作碼部分進行譯碼，以產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，產生具體的操作控制信號，
指令暫存器中操作碼欄位的輸出就是指令譯碼器的輸入，操作碼一經譯碼，即可向操作控制器發出具體操作的特定信號，
MAR、MDR
另外暫存器不只存在CPU中，存盤器中也存在暫存器，比如MAR、MDR
- MAR：存盤器地址暫存器，用于存放將被訪問的存盤單元的地址，作用和AR類似
- MDR：存盤器資料暫存器，用于存放欲存入存盤器中的資料或最近從存盤器中讀出的資料，作用和DR類似
其中MAR位數反映儲存單元的個數，即最多能表示多少個不同的狀態；MDR位數=儲存字長=每個儲存單元的大小
小結
將上面各個暫存器組合起來，我們可以畫出一幅計算機更細化的組成圖：
當存盤器開始讀操作的時候，存盤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，用來分析指令并發出各種微操作命令序列，再加指令中地址碼送到MAR,用來去運算元
在CPU內部必須給ALU提供資料，因此ALU必須可直接訪問MDR，ALU的外圍還可以有另一些暫存器AC、MQ、X，這些暫存器用于ALU的輸入、輸出以及用于和MDR及用戶可見暫存器交換資料，
在CPU的控制和狀態暫存器中，還有用來存放程式狀態字PSW的暫存器，該暫存器用來存放條件碼和其他狀態資訊，在具有中斷系統的機器中還有中斷標記暫存器等等，
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
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