Rejestry procesora - Polski Serwis Naukowy

Ten artykuł dotyczy terminu w technice. Zapoznaj się również z: innego znaczenia tego słowa.

Rejestry procesora to komórki pamięci o niewielkich rozmiarach (najczęściej 4/8/16/32/64/128 bitów) umieszczone wewnątrz procesora i służące do przechowywania tymczasowych wyników obliczeń, adresów lokacji w pamięci operacyjnej itd. Większość procesorów przeprowadza działania wyłącznie korzystając z wewnętrznych rejestrów, kopiując do nich dane z pamięci i po zakończeniu obliczeń odsyłając wynik do pamięci.

Mikroprocesor – układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony o wielkim stopniu integracji zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według dostarczonego ciągu instrukcji.

Wskaźnik stosu w informatyce służy do wskazywania szczytu stosu. Zwykle określa się tak jeden z rejestrów mikroprocesora lub mikrokontrolera, rzadziej zmienną w pamięci.

Rejestry procesora stanowią najwyższy szczebel w hierarchii pamięci, będąc najszybszym z rodzajów pamięci komputera, zarazem najdroższą w produkcji, a co za tym idzie – o najmniejszej pojemności. Realizowane zazwyczaj za pomocą przerzutników dwustanowych, z reguły jako tablica rejestrów (blok rejestrów, z ang. register file).

Koprocesor, jednostka zmiennoprzecinkowa (FPU, ang. Floating Point Unit) to układ scalony wspomagający procesor w obliczeniach zmiennoprzecinkowych. W większości współczesnych konstrukcji, koprocesor arytmetyczny, a także jednostki obsługujące bardziej skomplikowane obliczenia (np. instrukcje wektorowe) są zintegrowane z procesorem w jednym układzie.

Pamięć operacyjna (ang. internal memory, primary storage) - jest to pamięć adresowana i dostępna bezpośrednio przez procesor, a nie przez urządzenia wejścia-wyjścia procesora. W pamięci tej mogą być umieszczane rozkazy (kody operacji) procesora (program) dostępny bezpośrednio przez procesor i stąd nazwa pamięć operacyjna. W Polsce często pamięć ta jest utożsamiana z pamięcią RAM, choć jest to zawężenie pojęcia, pamięcią operacyjną jest też pamięć nieulotna (ROM, EPROM i inne jej odmiany) dostępna bezpośrednio przez procesor. Obecnie pamięci operacyjne są wyłącznie pamięciami elektronicznymi, dawniej używano pamięci ferrytowych.

Liczba rejestrów zależy od zastosowania procesora i jest jednym z kryteriów podziału procesorów na klasy CISC i RISC. Proste mikroprocesory mają tylko jeden rejestr danych zwany akumulatorem, procesory stosowane w komputerach osobistych – kilkanaście, natomiast procesory w komputerach serwerowych mogą mieć ich kilkaset.

Przerzutnik (z ang. flip-flop) jest to podstawowy element pamiętający każdego układu cyfrowego, przeznaczonego do przechowywania i ewentualnego przetwarzania informacji. Przerzutnik współtworzy najniższe piętro struktury układu i zdolny jest do zapamiętania jednego bitu informacji. Grupa czterech lub ośmiu połączonych ze sobą przerzutników tworzy następne, wyższe piętro - tzw. rejestr, zdolny już do pamiętania jednego bajta informacji.

Pamięć komputerowa to różnego rodzaju urządzenia i bloki funkcjonalne komputera, służące do przechowywania danych i programów (systemu operacyjnego oraz aplikacji). Potocznie przez "pamięć komputerową" rozumie się samą pamięć operacyjną.

Podział ze względu na zastosowanie

Rejestry, ze względu na zastosowanie, można podzielić m.in. na:

rejestry danych – do przechowywania danych całkowitoliczbowych, np. argumentów i wyników obliczeń,

rejestry adresowe – do przechowywania adresów i uzyskiwania dostępu do pamięci, wśród nich wyróżnić można rejestry segmentowe,

rejestry ogólnego zastosowania (ang. general purpose), będące połączeniem dwóch powyższych typów, czyli mogące przechowywać zarówno dane, jak i adresy,

rejestry zmiennoprzecinkowe – do przechowywania i wykonywania obliczeń na liczbach zmiennoprzecinkowych, z reguły znajdujące się w oddzielnym bloku funkcjonalnym procesora, zwanym koprocesorem (FPU),

rejestry stałych – przechowujące stałe, jedynie do odczytu,

rejestry wektorowe – przechowujące dane do jednoczesnego przetwarzania wielu danych przez instrukcje typu SIMD,

rejestry specjalne, określające stan wykonania, wśród nich wymienić można rejestr wskaźnika instrukcji, wskaźnik stosu, rejestr flag procesora,

rejestry instrukcji – do przechowywania obecnie przetwarzanej instrukcji

Liczba rejestrów

Poniższa tabela przedstawia liczbę ogólnych i zmiennoprzecinkowych rejestrów w niektórych architekturach procesorów.

Licznik programu, inaczej wskaźnik instrukcji, jest rejestrem procesora przechowującym informację o tym, w którym miejscu sekwencji instrukcji znajduje się aktualnie procesor. W zależności od modelu procesora w rejestrze tym przechowywany jest adres aktualnie wykonywanej lub częściej następnej instrukcji. W tym drugim wypadku licznik programu jest zwiększany zaraz po odebraniu instrukcji i przeniesieniu jej do rejestru instrukcji. Poprzez modyfikację tego rejestru implementuje się skoki, w tym skoki warunkowe, pętle i podprogramy.

Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing Unit) – urządzenie cyfrowe sekwencyjne, które pobiera dane z pamięci, interpretuje je i wykonuje jako rozkazy. Wykonuje on ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora.

Przypisy

Ta liczba odnosi się do rejestrów x87, procesory z rozszerzeniem SSE mają 8 dodatkowych rejestrów XMM. Pierwsze procesory x86 były jednak pozbawione jednostki i rejestrów zmiennoprzecinkowej.
Ta liczba odnosi się do rejestrów XMM jednostki SSE, procesory mają jednak dodatkowe 8 rejestrów x87.
Ze względu na zastosowany w tej architekturze procesorów mechanizm przesuwanych okien rejestrów, jest to liczba rejestrów widocznych w przez oprogramowanie w danym momencie, a nie ogólna liczba rejestrów dostępnych w procesorze.
Liczba ta odnosi się do 64-bitowych rejestrów jednostki NEON. Jednostka zmiennoprzecinkowa jest jednak opcjonalna w architekturze ARM. Ponadto istnieją jej inne implementacje i tryby pracy, w efekcie których liczba dostępnych rejestrów może być różna.

Zobacz też

Rejestry procesora w architekturze x86-32