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與java相關(guān)的

• Java編譯器輸出的指令流，基本上是一種基于棧的指令集架構(gòu)，而與之相對(duì)的另外一套常用的指令集架構(gòu)是基于寄存器的指令集。早期的android，即android4.4之前使用的JVM是Dalvik VM，就是基于寄存器架構(gòu)的。

• 基于棧的指令集主要的優(yōu)點(diǎn)是可移植，寄存器由硬件直接提供，程序直接依賴(lài)這些硬件寄存器則不可避免地受到硬件的約束。

• 棧架構(gòu)指令集的主要缺點(diǎn)是執(zhí)行速度相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)稍慢一些。所有主流物理機(jī)的指令集都是寄存器架構(gòu)。

看示例找感覺(jué)

以上是一些結(jié)論，本文的重點(diǎn)是討論上文中所提的寄存器，那寄存器是什么呢？其實(shí)這些計(jì)算機(jī)的原理知識(shí)之前上學(xué)的時(shí)候都學(xué)過(guò)，很遺憾當(dāng)時(shí)聽(tīng)的也很頭大，現(xiàn)在都還給老師了。

進(jìn)入正題，先來(lái)看下維基百科的解釋?zhuān)?/p>

嗯，反正我看完是沒(méi)什么感覺(jué)

再來(lái)看網(wǎng)上的一個(gè)例子：

“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，雖然性能很高，但是和上世紀(jì)7、8十年代的計(jì)算機(jī)比，其實(shí)結(jié)構(gòu)都差不多?，F(xiàn)在講存儲(chǔ)，一般講有內(nèi)存和外存，內(nèi)存一般有寄存器(register)，緩存(cache)和內(nèi)存(memory)，有些小型應(yīng)用例如MCU沒(méi)有cache，甚至沒(méi)有memory——直接從flash/ROM到register。寄存器是CPU基礎(chǔ)單元，CPU直接處理的內(nèi)存就它了，好比醫(yī)院，醫(yī)生對(duì)面的椅子就是寄存器，要看病的病人(data)就坐這個(gè)椅子(register)；已經(jīng)掛號(hào)的(data)進(jìn)入診室(cache)排隊(duì)，其他的就在醫(yī)院里（memory）。醫(yī)生可以操作的就是面對(duì)面的病人，其他人要看?。ㄈ缂辈。┮残柘茸线@個(gè)位置，這是最快的。診室里的座位相對(duì)于cache，一般cache都是sram存儲(chǔ)器，速度很快，但一般cpu不會(huì)直接訪問(wèn)，而是要把數(shù)據(jù)挪到register后才可直接操作，而一般的內(nèi)存為DRAM，速度比SRAM慢多了，而且通過(guò)總線訪問(wèn)，速度就更慢了?！?/p>

再看下圖：計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)層次（memory hierarchy）之中，寄存器（register）最快，內(nèi)存其次，最慢的是硬盤(pán)。

最后再看一個(gè)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)體系：

圖中Registers就是寄存器，怎么樣，有點(diǎn)感覺(jué)了嗎？

從頭來(lái)說(shuō)

假設(shè)我們做一個(gè)回向電路，把輸出連回到輸入，我們用OR門(mén)舉例：

首先都輸入0，那么輸出將會(huì)是0

如果將A變成1，那么輸出將會(huì)是1

一轉(zhuǎn)眼的功夫輸出回到B，那么B為1，OR門(mén)看到的結(jié)果是輸入A、B都為1，

1 OR 1 仍然為1，所以輸出不變

如果將A變成0，0 OR 1 輸出仍然是 1

現(xiàn)在我們有個(gè)電路能記錄1,然而卻有個(gè)小問(wèn)題，就是無(wú)論怎么試，都無(wú)法從1變回0（如下兩圖）

現(xiàn)在看一個(gè)相同電路，不過(guò)這次用AND 門(mén)

A、B均為1， 1 AND 1 為 1

如果之后A設(shè)置為0，由于是AND門(mén)，所以輸出為0，B為0

這個(gè)電路能記錄0，和之前那個(gè)相反,無(wú)論A設(shè)置什么值，電路始終輸出0

現(xiàn)在我們有了能記錄0和1的電路

為了做出有用的存儲(chǔ)，我們將兩個(gè)電路合起來(lái)，變成：AND-OR LATCH

它有兩個(gè)輸入：

• 設(shè)置（set） 輸入，將輸出變成1
• 復(fù)位（reset）輸入，將輸出變成0

如果“設(shè)置”和“復(fù)位”都是0，電路會(huì)輸出最后放入的內(nèi)容，也就是說(shuō)它存住了1bit的信息！這就是存儲(chǔ)。

之所以叫“LATCH(閂鎖)”，是因?yàn)樗版i定”一個(gè)特定值并保持狀態(tài)。將數(shù)據(jù)放入叫“寫(xiě)入”，將數(shù)據(jù)輸出叫“讀取”。好了，現(xiàn)在我們終于有辦法存一個(gè)bit了。

麻煩的是用兩條線來(lái)輸入，也就是SET和RESET，有點(diǎn)兒麻煩，為了更易用，我們希望只有一條輸入線，將它設(shè)為0或1來(lái)存儲(chǔ)值。還需要一根線來(lái)“啟用”?！皢⒂谩睍r(shí)允許寫(xiě)入，沒(méi)“啟用”時(shí)鎖定。這條線叫“允許寫(xiě)入線”。加一些額外邏輯門(mén)，可以做出以下電路 ：

這個(gè)電路稱(chēng)為“門(mén)鎖”，因?yàn)殚T(mén)可以打開(kāi)或關(guān)上。這個(gè)電路稍微有些復(fù)雜了。

我們不想關(guān)心單獨(dú)的邏輯門(mén)，我們封裝一下，把“門(mén)鎖”放到盒子里（一個(gè)能存單個(gè)bit的盒子）。來(lái)看下這個(gè)新組件：

我們來(lái)測(cè)試一下這個(gè)新組件，一切都從0開(kāi)始，如果將輸入從0變成1，或從1變成0，什么也不會(huì)發(fā)生，輸出仍然是0 。因?yàn)閃RITE ENABLE 是關(guān)閉的（0），來(lái)防止內(nèi)容變化

所以當(dāng)WRITE ENABLE輸入1，打開(kāi)門(mén)后可以輸入1，并將1存起來(lái)，這樣輸出也是1了。

我們可以關(guān)掉門(mén)（WRITE ENABLE =0），輸出會(huì)保持1，此時(shí)輸入隨便是什么，輸出都不會(huì)變（保持1）。

如果再次打開(kāi)門(mén)（WRITE ENABLE =1），如果輸入為0，輸出也將是0：

最后關(guān)上門(mén)，輸出會(huì)保持0

當(dāng)然存1bit沒(méi)什么大用，但我們沒(méi)限制只能用一個(gè)組件，如果我們并排放8個(gè)，可以存8位，比如一個(gè)8bit數(shù)字。一組這樣的組件叫寄存器。寄存器能存多少個(gè)Bit,叫“位寬”。早期電腦用8位寄存器，然后是16位，32位，如今很多計(jì)算機(jī)都有64位寬的寄存器了。

CPU中寄存器又分為指令寄存器（IR）、程序計(jì)數(shù)器（PC）、地址寄存器（AR）、數(shù)據(jù)寄存器（DR）、累加寄存器（AC）、程序狀態(tài)字寄存器（PSW），這里就不深入討論了。

參考 ：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/10/register.html

https://www.youtube.com/watch?v=fpnE6UAfbtU

https://www.youtube.com/watch?v=cNN_tTXABUA

https://www.youtube.com/watch?time_continue=132&v=TBADs7knuWM&feature=emb_logo

https://www.toutiao.com/a6797337478492586499/

https://www.toutiao.com/a6797337478492586499/