CPU寄存器详解

CPU寄存器详解

组件计算机是一种数据处理设备，它由CPU和内存以及外部设备组成。CPU 负责数据处理，内存负责存储，外部设备负责数据的输入和输出，它们之间通过总线连接在一起。CPU内部主要由控制器、运算器和寄存器组成。控制器负责指令的读取和调度，运算器负责指令的运算执行，寄存器负责数据的存储，它们之间通过CPU内的总线连接在一起。每个外部设备（例如：显示器、硬盘、键盘、鼠标、网卡等等）则是由外设控制器、I/O端口、和输入输出硬件组成。外设控制器负责设备的控制和操作，I/O端口负责数据的临时存储，输入输出硬件则负责具体的输入输出，它们间也通过外部设备内的总线连接在一起。

组件化的硬件体系上面的计算机系统结构图中我们可以看出硬件系统的这种组件化的设计思路总是贯彻到各个环节。在这套设计思想（冯。诺依曼体系架构）里面，总是有一部分负责控制、一部分负责执行、一部分则负责存储，它之间进行交互以及接口通信则总是通过总线来完成。这种设计思路一样的可以应用在我们的软件设计体系里面：组件和组件之间通信通过事件的方式来进行解耦处理，而一个组件内部同样也需要明确好各个部分的职责（一部分负责调度控制、一部分负责执行实现、一部分负责数据存储）。

缓存一个完整的CPU系统里面有控制部件、运算部件还有寄存器部件。中寄存器部件的作用就是进行数据的临时存储。既然有内存作为数据存储的场所，那么为什么还要有寄存器呢？答案就是速度和成本。我们知道CPU的运算速度是非常快的，如果把运算的数据都放到内存里面的话那将大大降低整个系统的性能。解决的办法是在CPU内部开辟一小块临时存储区域，并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块临时存储区域中，运算时就在这一小快临时存储区域内进行。我们称这一小块临时存储区域为寄存器。因为寄存器和运算器以及控制器是非常紧密的联系在一起的，它们的频率一致，所以运算时就不会因为数据的来回传输以及各设备之间的频率差异导致系统性能的整体下降。你可能又会问为什么不把整个内存都集成进CPU中去呢？答案其实还是成本问题！