2.2.3　CPU的寄存器

在CPU中至少要有六类寄存器：指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、地址寄存器（AR）数据寄存器（DR）、累加寄存器（AC）、程序状态字寄存器（PSW）。这些寄存器用来暂存一个计算机字，其数量可以根据需要进行扩充。

（1）数据寄存器

数据寄存器（Data Register，DR）又称数据缓冲寄存器，其主要功能是作为CPU和主存、外设之间信息传输的中转站，用以弥补CPU和主存、外设之间操作速度上的差异。

数据寄存器用来暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字；反之，当向主存存入一条指令或一个数据字时，也将它们暂时存放在数据寄存器中。

总的来说，数据寄存器的作用是：

①作为CPU和主存、外围设备之间信息传送的中转站；

②弥补CPU和主存、外围设备之间在操作速度上的差异；

③在单累加器结构的运算器中，数据寄存器还可兼作操作数寄存器。

（2）指令寄存器

指令寄存器（Instruction Register，IR）用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，首先把该指令从主存读取到数据寄存器中，然后再传送至指令寄存器。

指令包括操作码和地址码两个字段，为了执行指令，必须对操作码进行测试，识别出所要求的操作，指令译码器（Instruction Decoder，ID）就是完成这项工作的。指令译码器对指令寄存器的操作码部分进行译码，以产生指令所要求操作的控制电位，并将其送到微操作控制线路上，在时序部件定时信号的作用下，产生具体的操作控制信号。

指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。操作码一经译码，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。

（3）程序计数器

程序计数器用来指出下一条指令在主存储器中的地址。在程序执行之前，首先必须将程序的首地址，即程序第一条指令所在主存单元的地址送入PC，因此PC的内容即是从主存提取的第一条指令的地址。

当执行指令时，CPU能自动递增PC的内容，使其始终保存将要执行的下一条指令的主存地址，为取下一条指令做好准备。若为单字长指令，则（PC）+1=>PC，若为双字长指令，则（PC）+2=>PC，以此类推。

但是，当遇到转移指令时，下一条指令的地址将由转移指令的地址码字段来指定，而不是通过顺序递增PC的内容来取得。

因此，程序计数器的结构应当具有寄存信息和计数两种功能。

（4）地址寄存器

地址寄存器（Address Register，AR）用来保存CPU当前所访问的主存单元的地址。由于在主存和CPU之间存在操作速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来暂时保存主存的地址信息，直到主存的存取操作完成为止。

当CPU和主存进行信息交换，即CPU向主存存入数据/指令或者从主存读出数据/指令时，都要使用地址寄存器和数据寄存器。

如果我们把外围设备与主存单元进行统一编址，那么，当CPU和外围设备交换信息时，我们同样要使用地址寄存器和数据寄存器。

（5）累加寄存器

累加寄存器通常简称累加器（ACcumulator，AC），是一个通用寄存器。累加器的功能是：当运算器的算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，ALU）执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区，可以为ALU暂时保存一个操作数或运算结果。显然，运算器中至少要有一个累加寄存器。

（6）程序状态字寄存器

程序状态字（Program Status Word，PSW）用来表征当前运算的状态及程序的工作方式。程序状态字寄存器用来保存由算术/逻辑指令运行或测试的结果所建立起来的各种条件码内容，如运算结果进/借位标志（C）、运算结果溢出标志（O）、运算结果为零标志（Z）、运算结果为负标志（N）、运算结果符号标志（S）等，这些标志位通常用1位触发器来保存。

除此之外，程序状态字寄存器还用来保存中断和系统工作状态等信息，以便CPU和系统及时了解机器运行状态和程序运行状态。

因此，程序状态字寄存器是一个保存各种状态条件标志的寄存器。