operating-system - 为什么存在寄存器以及它们如何与 cpu 一起工作？

Question

所以我目前正在学习操作系统和编程。

我想要寄存器如何详细工作。

我所知道的是有主存储器和我们的 CPU，它通过地址总线从主存储器获取地址和指令。

还有一些 MCC（内存控制器芯片，有助于从 RAM 中获取内存位置。）

在互联网上，它显示寄存器是临时存储，并且可以比寄存器更快地访问数据。

但我想真正了解它们如何工作的深层过程。因为它们也是 32 位和 16 位的。我真的很迷茫。！！！

标签： operating-systemhardwareramcpu-registers

Answer 1

我不是以英语为母语的人，请原谅我的一些可能不正确的术语。希望这会有所帮助。

为什么存在寄存器

当用户程序在 CPU 上运行时，它以“动态”的方式工作。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、片上 RAM/ROM 和片外 RAM/ROM 之间进行选择。

编程器模型这个词register实际上是物理电路中的一个D触发器，它是一个存储设备，可以保存一个位。一个 IC 设计由标准单元部分（包括register前面提到的和and//or等门）和硬宏（如 SRAM）组成。随着技术节点的进步，标准单元的延迟越来越小。Auto Place-n-Route 工具将放置register以及附近的相关周边逻辑，以确保逻辑可以在指定的 3.0/4.0GHz 速度目标下运行。出于一些实际原因（我不太确定，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。这加上SRAM本身的特性，片上SRAM通常比D触发器慢。如果存储设备不在芯片上，比如外部闪存芯片或 KGD（已知良好的芯片），它会更慢，因为信号应该通过 2 个以上延迟更大的 IO 设备。

它们如何与 cpu 一起工作

每个register都分配了一个不同的“地址”（可能不对程序员开放）。这是通过添加地址解码逻辑来实现的。例如，当 CPU 将要执行一条指令mov R1, 0x12时，地址解码逻辑会看到 的二进制代码R1，并且只选择与 对应的触发器R1。然后将数据0x12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 16 位之类的东西”，位宽不是问题。触发器和 RAM 中的一个字都可以具有 的位宽N，只要同一地址可以同时选择RAM 中N的触发器或N位即可。