Регистры процессора - главные помощники

Процессор относится к числу программно-управляемых устройств и предназначен для обработки информации. Обработка информации производится в соответствии с заранее заданной программой. Собственно, этот процесс выглядит следующим образом: при запуске программа размещается в оперативной памяти, а оттуда одна команда за другой поступает в процессор. Помимо команд для вычислений нужны еще и данные, которые могут поступать как сразу из оперативной памяти, так и с внешних устройств.

В результате выполнения очередной команды получается результат, который должен быть где-то сохранен. И тогда возникает два варианта – отправить результат в оперативную память или оставить его внутри процессора, так как, скорее всего, этот результат неокончательный и будет использоваться в дальнейших вычислениях. В первом случае возникает одно большое «НО» - на такие обмены с памятью тратится значительное время, а, следовательно, снижается производительность системы. Во втором случае процессор должен содержать в своей структуре элементы памяти под названием – регистры процессора. Это такие устройства, которые служат для приема, хранения и передачи многоразрядного двоичного кода данных. Регистры процессора делятся на два типа: регистры общего назначения и специализированные регистры.

Видео: Сдвиговый регистр 74HC595 и загрузка данных в него, по SPI интерфейсу.

Регистры процессора общего назначения служат для хранения промежуточных результатов вычислений. Чем больше внутри процессора таких регистров, тем он реже обращается к оперативной памяти, то есть не тратит на это время и, значит, не теряет в производительности. Но с другой стороны число регистров ограничено площадью кристалла процессора. Бесконечно увеличивать их количество нельзя. Регистры, предназначенные для хранения данных, как правило, имеют разрядность, равную ширине шины данных. Каждый регистр процессора имеет свое уникальное имя, с помощью которого к регистру можно обращаться через программный код.

У каждого из специализированных регистров есть свое особое назначение. Например, существует регистр, предназначенный для хранения адреса команды в оперативной памяти, которая должна быть считана при следующем обращении. Этот регистр так и называется – регистр адреса команды. Еще один пример специализированного регистра – это регистр признаков. По-другому его еще называют словом состояния процессора (Processor Status Word – сокр. PSW). В отличие от всех остальных регистров процессора, содержимое которых рассматривается целиком, каждый бит регистра признаков имеет уникальное имя и отдельное назначение. Среди признаков для примера можно выделить так называемый признак нуля (признак нулевого результата). Если в результате выполнения какой-либо команды получился нулевой результат, то процессор может «узнать» об этом, проанализировав данный бит регистра признаков.

Видео: 11 архитектура компьютера процессора

Регистры процессора являются очень быстрой памятью (даже быстрее, чем кэш-память), так как находятся в непосредственной близости от вычислительного ядра и работают на тактовой частоте внутренней шины процессора.