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指令寄存器

指数 指令寄存器

指令暫存器（Instruction register(IR)）在電腦科學中是中央處理器中控制單元用來儲存執行中指令的暫存器。在簡易的處理器中，每個將被執行的指令都會被存入指令暫存器中。從解碼、準備到執行完成的過程中都會被持續的保存。 有些較為複雜的處理器使用管線化暫存器，其中管線上每個階段只負責解碼、準備或執行的其中一個，然後再傳遞至下一個階段。現代的處理器甚至可以不用按照順序做某些動作，也就是平行計算。 在指令暫存器中將解碼的步驟包含確定指令、確定運算對象所在的記憶體位址、從記憶體中提取運算對象、分配處理器的資源來執行指令。 指令暫存器的輸出可以用來控制執行指令時產生控制處理元件時間訊號的電路。 在指令周期中，指令在處理器從程式計數器取出其記憶體位址後才存入指令暫存器。.

目录

  1. 8 关系: 寄存器，中央处理器，并行计算，程式計數器，電腦運算，John L. Hennessy，指令周期，指令管線化。

  2. 數位寄存器
  3. 硬件小作品

寄存器

寄存器（Register），是中央處理器內的其中組成部份。寄存器是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來暫存指令、數據和位址。在中央處理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器（IR）和程序計數器。在中央處理器的算術及邏輯部件中，包含的寄存器有累加器。 在電腦架構裡，處理器中的暫存器是少量且速度快的電腦記憶體，藉由提供快速共同地存取數值來加速電腦程式的執行：典型地說就是在已知時間點所作的之計算中間的數值。 暫存器是記憶體階層中的最頂端，也是系統操作資料的最快速途徑。暫存器通常都是以他們可以保存的位元數量來估量，舉例來說，一個8位元暫存器或32位元暫存器。暫存器現在都以暫存器陣列的方式來實作，但是他們也可能使用單獨的正反器、高速的核心記憶體、薄膜記憶體以及在數種機器上的其他方式來實作出來。 這個名詞通常都用來意指由一個指令之輸出或輸入可以直接索引到的暫存器群組。更適當的是稱他們為「架構暫存器」。例如，x86指令集定義八個32位元暫存器的集合，但一個實作x86指令集的CPU可以包含比八個更多的暫存器。.

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中央处理器

中央处理器 （Central Processing Unit，缩写：CPU），是计算机的主要设备之一，功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。计算机的可编程性主要是指对中央处理器的编程。中央处理器、内部存储器和输入／输出设备是现代电脑的三大核心部件。1970年代以前，中央处理器由多个独立单元构成，后来发展出由集成电路制造的中央处理器，這些高度收縮的元件就是所謂的微处理器，其中分出的中央处理器最為复杂的电路可以做成单一微小功能强大的单元。 中央处理器廣義上指一系列可以执行复杂的计算机程序的逻辑机器。这个空泛的定义很容易地将在“CPU”这个名称被普遍使用之前的早期计算机也包括在内。无论如何，至少从1960年代早期开始，这个名称及其缩写已开始在电子计算机产业中得到广泛应用。尽管与早期相比，“中央处理器”在物理形态、设计制造和具体任务的执行上有了极大的发展，但是其基本的操作原理一直没有改变。 早期的中央处理器通常是为大型及特定应用的计算机而定制。但是，这种昂贵的为特定应用定制CPU的方法很大程度上已经让位于开发便宜、标准化、适用于一个或多个目的的处理器类。这个标准化趋势始于由单个晶体管组成的大型机和微机年代，随着集成电路的出现而加速。IC使得更为复杂的中央处理器可以在很小的空间中设计和制造（在微米的數量级）。中央处理器的标准化和小型化都使得这一类数字设备和電子零件在现代生活中的出现频率远远超过有限应用专用的计算机。现代微处理器出现在包括从汽车到手机到儿童玩具在内的各种物品中。.

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并行计算

并行计算（parallel computing）一般是指许多指令得以同时进行的计算模式。在同時進行的前提下，可以將計算的過程分解成小部份，之後以並行方式來加以解決。 電腦軟體可以被分成數個運算步驟來執行。為了解決某個特定問題，軟體採用某個演算法，以一連串指令執行來完成。傳統上，這些指令都被送至單一的中央处理器，以循序方式執行完成。在這種處理方式下，單一時間中，只有單一指令被執行(processor level: 比较微处理器，CISC, 和RISC，即流水线Pipeline的概念，以及后来在Pipeline基础上以提高指令处理效率为目的的硬件及软件发展，比如branch-prediction, 比如forwarding，比如在每个运算单元前的指令堆栈，汇编程序员对programm code的顺序改写)。平行運算採用了多個運算單元，同時執行，以解決問題。.

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程式計數器

程序计数器（Program Counter (PC)）是一个处理器中的寄存器，用于指示计算机在其程序序列中的位置。它通常称为 Intel x86 和 Itanium 微处理器中的指令指针（IP），有时称为指令地址寄存器（IAR）、指令计数器或只是指令序列器的一部分。 在大部分的處理器，指令指標都是在提取程式指令後就被立即增加；也就是說跳躍指令的目的位址，是由跳躍指令的運算元加上跳躍指令之後下一個指令的位址（位元或字節，視電腦形態而定）來獲得目的地。 处理器通常从存储器中顺序获取指令，但控制传输指令通过在PC中添加一个新值来改变顺序。这些包括“分支”（有时称为“跳转”），“子例程调用”和“返回”。以某些断言的真实为条件的传输可让计算机在不同条件下遵循不同的顺序。 “分支”规定下一条指令从内存中的其他地方获取。“子程序”不仅调用分支，而且还保存 PC 的先前内容。“返回”检索 PC 的保存内容并将其放回去，然后按照子程序调用的指令继续顺序执行。.

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電腦運算

#重定向 计算 (计算机科学).

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John L. Hennessy

#重定向 約翰·軒尼詩.

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指令周期

指令周期，又稱讀取－執行周期（fetch-and-execute cycle）是指CPU要執行一条机器指令經過的步驟，由若干機器周期组成。 不同的机器分解指令周期的方式也不同，有的处理器对每条指令分解出相同数量的机器周期（即使某些简单的指令可以在更少的机器周期内完成），另一些处理器根据指令的复杂程度分解出不同数量的机器周期.

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指令管線化

指令管線化（Instruction pipeline）是為了讓計算機和其它數位電子裝置能夠加速指令的通過速度（單位時間內被執行的指令數量）而設計的技術。 管線在處理器的內部被組織成層級，各個層級的管線能半獨立地單獨運作。每一個層級都被管理並且鏈接到一條“鏈”，因而每個層級的輸出被送到其它層級直至任務完成。 處理器的這種組織方式能使總體的處理時間顯著縮短。 未管線化的架構產生的效率低，因為有些CPU的模組在其他模組執行時是閒置的。管線化雖並不會完全消除CPU的閒置時間，但是能夠讓這些模組並行運作而大幅提升程式執行的效率。 但並不是所有的指令都是獨立的。在一條簡單的管線中，完成一個指令可能需要5層。如右圖所示，要在最佳性能下運算，當第一個指令被執行時，這個管線需要運行隨後4條獨立的指令。如果隨後4條指令依賴於第一條指令的輸出，管線控制邏輯必須插入延遲時脈周期到管線內，直到依賴被解除。而轉發技術能顯著減少延時。憑藉多個層，雖然管線化在理論上能提高效能，優勝於無管線的內核（假設時脈也因應層的數量按比例增加），但事實上，許多指令碼設計中並不會考慮到理想的執行。.

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另见

數位寄存器

硬件小作品