Регістрова пам'ять — найменша і найшвидша пам'ять комп'ютера. Вона не є частиною основної пам'яті і розташована в центральному процесорі у вигляді регістрів, які є найменшими елементами зберігання даних. Регістр тимчасово зберігає часто використовувані дані, інструкції та адресу пам'яті, які повинні використовуватися ЦП. Вони містять інструкції, які в даний момент обробляються ЦП. Перед обробкою всі дані повинні пройти через реєстри. Отже, вони використовуються процесором для обробки даних, введених користувачами.

Регістри містять невелику кількість даних приблизно від 32 до 64 бітів. Швидкість ЦП залежить від кількості та розміру (кількості бітів) регістрів, вбудованих у ЦП. Реєстри можуть бути різних типів залежно від їх використання. Деякі з широко використовуваних регістрів включають накопичувач або AC, регістр даних або DR, регістр адреси або AR, програмний лічильник (ПК), регістр адрес введення/виведення тощо.

Архітектура регістрової пам'яті

• Ця архітектура керується інструкціями, за допомогою яких виконуються операції з регістрами та пам’яттю. Архітектура називається архітектурою регістр плюс пам'ять, якщо всі операнди містяться в регістрі.
• Операція може мати два операнди: один з них може бути в пам'яті, а інший - в регістрі. З іншого боку, обидва операнди операції знаходяться або в регістрі, або в пам'яті, що відрізняє її від інших архітектур.
• Прикладами такої пам’яті є Intel x86 і IBM System/360.

• Кількість регістрів у ЦП менше, і вони також невеликі за розміром. Його розмір менше 64 біт. Це швидше порівняно з дисковою пам'яттю та основною пам'яттю. Розмір регістрів загального призначення впливає на розмір слова.
• Комп’ютер надає інструкції щодо реєстраційного номера та адреси реєстру. Різні ідентифікатори регістрів включають R0, R1, R7, SP і PC. Реєстр служить точкою зв'язку між програмою та системним сховищем даних.

Типи та функції комп'ютерних регістрів:

Операції вибірки, декодування та виконання є трьома важливими ролями, які відіграють комп’ютерні регістри. Реєстр збирає та зберігає надані користувачем інструкції щодо даних у визначеному місці. Інструкції розшифровуються та обробляються, щоб надати користувачеві бажаний результат. Щоб гарантувати, що користувач отримає та зрозуміє результати, як очікувалося, інформація має бути ретельно переварена. Регістри розуміють завдання і зберігають їх у пам'яті комп'ютера. Те саме надається користувачеві за його запитом. Обробка здійснюється відповідно до вимог користувача. Комп’ютерна система використовує різноманітні регістри для зберігання даних і зменшення використання пам’яті. Кожен регістр, який використовує центральний процесор, має унікальну функцію. Типи загальних регістрів описані нижче.

Реєстр даних:Це 16-розрядний регістр, який використовується для зберігання операндів (змінних), якими керує процесор. Він тимчасово зберігає дані, які передаються або отримуються від периферійного пристрою.Лічильник програм (ПК):Він містить адресу розташування в пам'яті наступної інструкції, яка має бути вилучена після завершення поточної інструкції. Отже, він використовується для підтримки шляху виконання різних програм і, таким чином, виконує програми одну за одною, коли попередня інструкція буде завершена.Реєстрація інструктора:Це 16-розрядний регістр. Він зберігає інструкції, отримані з основної пам'яті. Отже, він використовується для зберігання кодів інструкцій, які мають бути виконані. Блок керування отримує інструкції з Реєстру інструктора, потім декодує та виконує їх.Реєстр накопичувачів:Це 16-розрядний регістр, який використовується для зберігання результатів, створених системою. Наприклад, результати, згенеровані центральним процесором після обробки, зберігаються в регістрі AC.Адресний реєстр:Це 12-розрядний регістр, який зберігає адресу ділянки пам'яті, де в пам'яті зберігаються інструкції або дані.Реєстр адрес введення/виведення:Його завдання полягає в тому, щоб вказати адресу певного пристрою введення-виведення.Буферний регістр введення/виведення:Його завдання полягає в обміні даними між модулем введення/виведення та ЦП.

Використання регістрової пам'яті

• Центральний процесор може отримати доступ до часто використовуваних даних, інструкцій, адреси та розташування всього цього з реєстрів, коли це необхідно. У реєстрі зберігаються інструкції, які ЦП оброблятиме. Перед обробкою всі дані повинні пройти через реєстри. Таким чином, ми можемо зробити висновок, що користувачі вводять дані в регістри для обробки центральним процесором.
• Регістри дозволяють швидко приймати, зберігати та передавати дані, і будь-який тип реєстру використовується для виконання точних завдань, які вимагає ЦП. Користувачам не потрібно бути дуже добре обізнаним з реєстром, тому що ЦП зберігає його як тимчасову пам'ять і буфер даних.
• Регістри діють як буфери для копіювання даних з основної пам'яті, щоб процесор міг отримати до них доступ, коли це необхідно. Дані зберігаються в реєстрі, щоб реєстр знав місцезнаходження та адресу та міг використовувати цю інформацію для визначення IP-адрес.
• Відповідно до вимог базовий регістр може змінювати комп’ютерні операції або операнди, а в інструкціях комп’ютерної системи до регістру може бути додана частина адреси.

Кожен процесор має кілька байтів, виділених для своїх регістрів. Реєстр містить швидку пам'ять і інструкції для роботи в системі. Оскільки компілятор зберігає тимчасові дані в реєстрі, а не в оперативній пам'яті, через яку програми виконуються швидше, ніж вони повинні в системі.

Навіщо потрібна регістрова пам'ять?

Регістри ЦП дуже корисні для швидкої обробки інструкцій. Вона знаходиться на вершині ієрархії комп’ютерної пам’яті та є значно швидшою порівняно з іншою комп’ютерною пам’яттю. Там можна зберігати будь-які типи невеликих даних, включаючи реєстри, адреси та інструкції. Ці регістри дозволяють центральному процесору функціонувати ефективно та змістовно.

Різниця між кеш-пам'яттю та реєстром

Хоча вони обидва зазвичай зберігають дані, кеш-пам'ять і регістри сильно відрізняються один від одного. Усі дані та інструкції пристрою, які часто використовуються, зберігаються в кеш-пам’яті. Як наслідок, це прискорює загальну продуктивність і роботу комп’ютера. Реєстр, з іншого боку, зберігає лише один елемент інформації, такий як комп’ютерна інструкція або розташування певної частини даних.

Давайте обговоримо різницю між регістром і кеш-пам'яттю. Нижче подано таблицю, у якій ми порівнюємо два терміни на основі їхніх унікальних характеристик, щоб зробити цю тему більш ясною та зрозумілішою.