Rejestr procesora

Rejestry procesora (ang. processor registers) – komórki pamięci o niewielkich rozmiarach (najczęściej 4/8/16/32/64/128/256 bitów) umieszczone wewnątrz procesora i służące do przechowywania tymczasowych wyników obliczeń, adresów lokacji w pamięci operacyjnej itd. Większość procesorów przeprowadza działania (obliczenia) wyłącznie korzystając z wewnętrznych rejestrów, użycie do obliczeń danych zawartych w pamięci wymaga użycia rozkazu kopiowania ich do rejestrów. Podobnie wyniki obliczeń są umieszczane w rejestrach, w niektórych procesorach, tylko w jednym rejestrze zwanym akumulatorem, w innych istnieje możliwość umieszczenia wyniku w jednym z wielu rejestrów, przeniesienie wyniku do pamięci wymaga użycia dodatkowego rozkazu procesora.

Rejestry procesora stanowią najwyższy szczebel w hierarchii pamięci, będąc najszybszym rodzajem pamięci komputera. Realizowane zazwyczaj za pomocą przerzutników dwustanowych, z reguły jako tablica rejestrów (blok rejestrów, z ang. register file).

Liczba rejestrów i możliwości wykonywania na nich operacji zależy od przyjętej koncepcji budowy procesora określanej jako architektura procesora.

Podział ze względu na zastosowanie

W architekturze procesora CISC, ze względu na zastosowanie, można wyróżnić rodzaje rejestrów:

• akumulator – rejestr, w którym jest jeden z argumentów działania i w którym umieszczany jest wynik działań,
• 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

Rejestry procesorów x86

32-bitowe rejestry ogólnego przeznaczenia to:

• EAX – Accumulator (akumulator – jego pamięć wykorzystuje arytmometr; używa się go do przechowywania wyników wielu operacji)
• EBX – Base Register (rejestr bazowy – służy do adresowania)
• ECX – Counter Register (rejestr licznikowy – służy jako licznik w pętli)
• EDX – Data Register (rejestr danych – umożliwia przekaz/odbiór danych z portów wejścia/wyjścia)
• ESP – Stack Pointer (przechowuje wskaźnik wierzchołka stosu)
• EBP – Base Pointer (rejestr bazowy – służy do adresowania)
• ESI – Source Index (rejestr źródłowy – trzyma źródło łańcucha danych)
• EDI – Destination Index (rejestr przeznaczenia – przetrzymuje informacje o miejscu docelowym łańcucha danych)

Możliwy jest też dostęp do ich 16-bitowych mniej znaczących części – AX, BX, CX, DX, SP, BP, SI, DI, a w przypadku czterech pierwszych także do młodszego (Low) i starszego bajta (High) – odpowiednio AL, AH, BL, BH, CL, CH, DL, DH.

W procesorach 64-bitowych do rejestrów o długości 64 bitów odwołuje się poprzez nazwę z przedrostkiem R zamiast E – np. RAX, RBX.

Są też dostępne rejestry segmentów, określające położenie segmentów pamięci w przestrzeni adresowej (gdy procesor pracuje w trybie rzeczywistym lub wirtualnym) lub deskryptory segmentów (w trybie chronionym):

• CS – Code Segment (segment kodu);
• DS – Data Segment (segment danych);
• ES – Extra Segment (dodatkowy segment danych);
• SS – Stack Segment (segment stosu);
• FS – dodatkowy rejestr segmentu;
• GS – dodatkowy rejestr segmentu.

Ponadto istnieją:

• EFLAGS – rejestr flag procesora, składający się z pojedynczych bitów określających stan procesora;
• EIP – wskaźnik adresowy na aktualnie wykonywaną instrukcję. Za jego pomocą procesor realizuje m.in. skoki, pętle, przejścia do podprogramów;
• rejestry koprocesora arytmetycznego:
  • osiem rejestrów stosu koprocesora, oznaczanych w zależności od kompilatora jako ST0... ST7, 0... 7 lub ST(0)... ST(7);
  • rejestr stanu koprocesora;
  • rejestr stanu stosu koprocesora;
  • rejestr sterujący koprocesora;
• rejestry kontrolne procesora CRn (n – numer rejestru);
• rejestry debugera DRn (n – numer rejestru);
• rejestry MMX (rozszerzenie) – 8 rejestrów 64-bitowych nazywanych mm0 ... mm7 (zamapowane na rejestry FPU);
• rejestry SSE (rozszerzenie):
  • 8 rejestrów 128-bitowych nazywanych xmm0 ... xmm7; w trybie 64-bitowym dostępne jest 8 kolejnych rejestrów 128-bitowych xmm8 ... xmm15;
  • rejestr kontrolno-sterujący mxcsr.

Liczba rejestrów

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

Architektura procesora	Liczba rejestrów
	ogólnego zastosowania	zmiennoprzecinkowych
x86	8	8
x86-64	16	16
IA-64	128	128
SPARC	32	32
IBM POWER	32	32
PA-RISC	32	32
DEC Alpha	32	32
6502	3	0
PIC	1	0
ARM	16	32

Zobacz też

• rejestry procesora w architekturze x86-32