为什么寄存器存在，以及它们如何与CPU一起使用？

如何解决为什么寄存器存在，以及它们如何与CPU一起使用？

所以我目前正在学习操作系统和编程。

我想详细了解寄存器的工作方式。

我所知道的是有一个主存储器和我们的CPU，它们借助地址总线从主存储器中获取地址和指令。

还有一个MCC（内存控制器芯片，可以帮助从RAM中获取内存位置。）

在互联网上，它表明寄存器是临时存储，并且可以比ram更快地访问数据。

但是我想真正了解它们如何工作的深入过程。因为它们也是32位和16位，所以类似。我真的很困惑。

解决方法

我不是英语为母语的人，请原谅我一些不正确的术语。希望这会有所帮助。

为什么寄存器存在

当用户程序在CPU上运行时，它具有“动态”意义。也就是说，我们应该存储传入的源数据或任何中间数据，并对它们进行特定的计算。需要存储设备。我们可以在触发器，片内RAM / ROM和片外RAM / ROM中进行选择。

程序员模型的术语register实际上是物理电路中的D触发器，它是一种存储设备，可以容纳一位。 IC设计包括标准单元部分（包括前面提到的register和and / or /等门）和硬宏（如SRAM）。随着技术节点的发展，标准单元的延迟越来越小。自动放置n路径工具会将register和相关的周围逻辑放置在附近，以确保该逻辑可以在指定的3.0 / 4.0GHz速度目标下运行。由于一些实际的原因（我不确定，因为我不做布局），我们倾向于在周围放置硬宏，从而导致更长的金属线。加上SRAM自身的特性，片上SRAM通常比D触发器慢。如果存储设备不在芯片上，例如外部闪存芯片或KGD（已知良好的裸片），则速度会更慢，因为信号应经过两个具有更大延迟的IO设备。

他们如何与CPU一起工作

为每个register分配了一个不同的“地址”（可能不向程序员开放）。通过添加地址解码逻辑来实现。例如，当CPU要执行指令mov R1,0x12时，地址解码逻辑将看到R1的二进制代码，并仅选择与R1相对应的触发器。然后，数据0x12被存储（写入）到这些触发器中。读取过程相同。

关于“它们也是32位和类似的16位”，位宽不是问题。只要同一个地址可以一次选择N触发器或RAM中的N位，则RAM中的触发器和字都可以具有N的位宽。

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寄存器是驻留在处理器（您称为CPU）内部的小内存。它们的作用是保存操作数以进行快速处理器计算并存储结果。寄存器通常由名称（AL，BX，ECX，RDX，cr3，RIP，R0，R8，R15等）指定，其大小即为可以存储的位数（4、8、16， 32、64、128位）。其他寄存器具有特殊含义，它们的位控制状态或提供有关处理器状态的信息。

寄存器不多（因为它们非常昂贵）。它们全部只有几千字节的容量，因此它们无法存储程序的所有代码和数据，这些代码和数据可能高达千兆字节。这就是中央存储器（您称为RAM）的作用。这个大内存可以容纳千兆字节的数据，每个字节都有其地址。但是，仅在计算机打开时才保存数据。 RAM位于CPU芯片之外，并通过代表CPU和RAM之间接口的Memory Controller Chip与之交互。 最重要的是，当您关闭计算机时，还有一个硬盘驱动器可以存储您的数据。 这是一个非常简单的视图，可以帮助您入门。