寄存器(Register)是中央处理器内用来暫存指令、数据和地址的电脑记憶体。寄存器的存貯容量有限,读写速度非常快。在电脑架构裡,暫存器存储在已知时间点所作计算的中间结果,通过快速地存取数据来加速电脑程式的执行。
暫存器位于记憶体阶层的最顶端,也是CPU可以读写的最快的存储器,事实上所謂的暫存已经不像记憶体,而是非常短暫的读写少量资讯并马上用到,因为通常程序执行的步驟中,这期间就会一直使用它。暫存器通常都是以他们可以保存的位元数量来计量,举例来说,一个8位元暫存器或32位元暫存器。在中央处理器中,包含寄存器的部件有指令寄存器(IR)、程序计数器和累加器。暫存器现在都以暫存器阵列的方式来实作,但是他们也可能使用单獨的正反器、高速的核心记憶体、薄膜记憶体以及在数种机器上的其他方式来实作出来。
寄存器也可以指代由一个指令之输出或输入可以直接索引到的暫存器群组,这些寄存器的更确切的名称为“架构暫存器”。例如,x86指令集定义八个32位元暫存器的集合,但一个实作x86指令集的CPU内部可能会有八个以上的暫存器。
暫存器的种类
- 资料寄存器
- 用来储存整数数字(参考以下的浮点暫存器)。在某些简单(或旧)的CPU,特别的资料暫存器是用于数学计算的累加器。
- 位址寄存器
- 持有记憶体位址,以及用来存取记憶体。在某些简单/旧的CPU裡,特别的位址暫存器是索引暫存器(可能出现一个或多个)。
- 通用目的暫存器
- (GPRs)- 可以保存资料或位址两者,也就是说他们是结合 资料/位址 暫存器的功用。
- 浮点寄存器
- (FPRs)- 用来储存浮点数字。
- 常数寄存器
- 用来持有唯读的数值(例如0、1、圆周率等等)。由于“其中的值不可更改”这一特殊性质,这些寄存器未必会有实体的硬件电路相对应,例如将从零常数寄存器读的操作实现为接通目标寄存器的下拉电阻。
- 一般而言,即使真正在硬件中放置常数寄存器也未必会是出于体系结构理论上的考虑,而很可能是由硬件描述语言为了简化操作而自动生成的电路。
- 向量寄存器
- 用来储存由向量处理器执行SIMD指令所得到的资料。
- 特殊目的寄存器
- 储存CPU内部的资料,像是程式计数器(或称为指令指标),堆疊暫存器,以及狀态暫存器(或称微处理器狀态字组)。
CPU支持情况
CPU架构 | 整数 暫存器数量 |
双精度浮点数 暫存器数量 |
---|---|---|
x86 | 8 | 8 |
x86-64 | 16 | 16 |
System/360 | 16 | 4 |
z/Architecture | 16 | 16 |
Itanium | 128 | 128 |
UltraSPARC | 32 | 32 |
IBM POWER | 32 | 32 |
Alpha | 32 | 32 |
6502 | 3 | 0 |
PIC微控制器 | 1 | 0 |
AVR微控制器 | 32 | 0 |
ARM | 16 | 16 |
RISC-V | 32 | 32 |