رجیسترها (ثبات ها) در پردازنده ها: ساختار، انواع و تأثیر آنها بر سیستم‌های کامپیوتری

رجیسترها (ثبات ها) در پردازنده ها

ثبات‌ها یا رجیسترها نقش اساسی در عملکرد پردازنده دارند و در تمام مراحل پردازش داده‌ها یعنی Fetch (واکشی)، Decode (رمزگشایی) و Execute (اجرا) حضور فعال دارند. در مرحله‌ی Fetch، پردازنده دستورالعمل مورد نیاز را از حافظه واکشی کرده و در یکی از رجیسترها ذخیره می‌کند؛ سپس در مرحله‌ی Decode، دستور ذخیره‌شده در رجیستر توسط CPU رمزگشایی می‌شود تا نوع عملیات مشخص گردد. در نهایت، در مرحله‌ی Execute، داده‌ها و نتایج در رجیسترهای مخصوص نگهداری می‌شوند تا عملیات بعدی با سرعت بالا انجام گیرد. این چرخه‌ی سریع میان رجیستر و واحد پردازش باعث می‌شود پردازنده بدون نیاز مداوم به حافظه‌ی RAM، محاسبات را با بیشترین سرعت و کمترین تأخیر انجام دهد و در نتیجه، کارایی کلی سیستم به شکل چشمگیری افزایش یابد.

مرحله	نام مرحله	وظیفه رجیستر در این مرحله	توضیح عملکرد
1	Fetch (واکشی)	ذخیره موقت دستورالعمل واکشی‌شده از حافظه	CPU دستور بعدی را از RAM گرفته و در رجیستر نگه می‌دارد.
2	Decode (رمزگشایی)	نگهداری داده‌ها برای تفسیر نوع عملیات	رجیستر به CPU کمک می‌کند تا بفهمد دستور مربوط به جمع، تفریق یا پرش است.
3	Execute (اجرا)	ذخیره نتایج عملیات انجام‌شده	CPU نتیجه‌ی محاسبه (مثلاً حاصل جمع) را موقتاً در رجیستر نگه می‌دارد تا در مراحل بعدی استفاده شود.

رجیستر (ثبات) های پردازنده یکی از اجزای مهم و جدایی ناپذیر در پردازنده ها هستند. رجیسترها، کوچک ترین و پر سرعت ترین نوع حافظه ها در کامپیوتر هستند و داده ها و دستورالعمل ها و آدرس های حافظه مورد استفاده توسط پردازنده را به صورت موقت در خود ذخیره می کنند.رجیستر ها به گونه ای طراحی شده اند که بسیار سریع تر از حافظه های معمولی عملیات را انجام می دهند. پردازنده از  رجیستر ها برای پردازش داده های مورد نیاز کاربر استفاده می کند و رجیستر ها دستورالعمل ها و آدرس هایی را نگه داری می کنند که توسط پردازنده برای پردازش داده ها استفاده می شود.

رجیستر ها بر اساس کاربرد های آن ها، داری انواع مختلفی هستند. رجیستر ها در پردازش دستورات 3 وظیفه اساسی Fetch (واکشی داده ها)، Decode (کد گشایی دستورات) و Execute (اجرای دستورات) را بر عهده دارند. مرحله ی Fetch ، برای گرفتن دستورالعمل های کاربر به کار گرفته می شود. مرحله Decode، برای رمز گشایی دستور العمل ها به کار می رود و پردازنده متوجه نوع دستور العمل می شود. مرحله Execute، دستور العمل های رمز گشایی شده توسط پردازنده اجرا می شوند و به کاربر نمایش داده می شود.

---

استوریج hp

---

رجیستر ها سایز محدودی از داده ها را می توانند ذخیره کنند. رجیستر ها 1 بایتی، 2بایتی، 4بایتی و یا 8 بایتی اند. هر چه رجیستر ها سایز بزرگتری داشته باشند میتوانند عملکرد پردازنده را افزایش دهند.

رجیستر ها بر اساس عملکردشان می توان در 2 دسته کلی رجیستر های در دسترسی کاربر (User Accessible Register) و رجیستر های داخلی (internal Registers) دسته بندی کرد.

بیشتر بخوانید: تفاوت میان پردازنده های اینتل و AMD: برای گیم و برنامه‌نویسی رایزن بهتر است یا اینتل؟

رجیسترها در CPU سرور

رجیسترها (Registers) در CPU سرور، حافظه‌های کوچک و بسیار سریع هستند که در داخل پردازنده قرار دارند. آنها نقش حیاتی در اجرای دستورات و پردازش داده‌ها ایفا می‌کنند.

وظایف رجیسترها

• ذخیره داده‌های موقت: رجیسترها داده‌هایی را که CPU در حال پردازش آنهاست، به طور موقت ذخیره می‌کنند. این داده‌ها می‌توانند شامل اعداد، کاراکترها، آدرس‌های حافظه و … باشند.
• ذخیره دستورات: رجیسترها دستوراتی را که CPU باید اجرا کند، ذخیره می‌کنند.
• ذخیره آدرس‌ها: رجیسترها آدرس‌های حافظه را که CPU باید به آنها دسترسی داشته باشد، ذخیره می‌کنند.

انواع رجیسترها

رجیسترها (ثبات‌ها) در کامپیوتر بر اساس وظیفه و نوع داده‌ای که ذخیره می‌کنند، به چند دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند. رجیسترهای عمومی (General Purpose Registers) برای انجام محاسبات و نگهداری داده‌های موقت استفاده می‌شوند و نمونه‌های معروف آن شامل AX، BX، CX و DX هستند. رجیسترهای ویژه (Special Purpose Registers) عملکردهای خاصی را در CPU کنترل می‌کنند، مانند شمارنده‌ی برنامه (Program Counter یا PC) که آدرس دستور بعدی را نگه می‌دارد. رجیسترهای وضعیت (Flag Registers) برای نمایش شرایط و نتایج عملیات پردازنده به کار می‌روند، مثل مشخص کردن اینکه حاصل محاسبه صفر شده یا عدد منفی است. در نهایت، رجیسترهای کنترل و آدرس‌دهی (Control / Address Registers) شامل رجیسترهایی مانند MAR و MDR هستند که وظیفه‌ی نگهداری آدرس داده‌ها و انتقال اطلاعات بین حافظه و پردازنده را بر عهده دارند. این تقسیم‌بندی باعث می‌شود هر رجیستر نقش دقیقی در تسریع عملیات پردازش ایفا کند.

نوع رجیستر	توضیح کاربرد	مثال‌ها
رجیسترهای عمومی (General Purpose Registers – GPRs)	این رجیسترها برای نگهداری داده‌های موقت، انجام عملیات منطقی/ریاضی، محاسبه آدرس‌ها و نگهداری مقادیر میانی به‌کار می‌روند. توانایی انعطاف زیادی دارند.	در معماری x86: AX، BX، CX، DX
رجیسترهای ویژه (Special Purpose Registers – SPRs)	این رجیسترها برای کارهای خاص و تعریف‌شده در پردازنده استفاده می‌شوند؛ مثلاً نگهداری آدرس دستور بعدی، مدیریت پشته، بخش‌بندی کد و داده.	مثلاً: PC (Program Counter)، IR (Instruction Register)
رجیسترهای وضعیت یا فلگ (Flag / Status Registers)	این رجیسترها شامل بیت‌های وضعیت هستند که نتایج عملیات را نشان می‌دهند: مثل صفر بودن نتیجه، سرریز، علامت منفی، انتقال (carry) و غیره. نقش مهمی در کنترل جریان و تصمیم‌گیری دارند.	مثال: EFLAGS در x86 که شامل بیت‌های Carry, Zero, Overflow و … است
رجیسترهای کنترل و آدرس‌دهی (Control / Address Registers)	این رجیسترها مسئول کنترل حالت‌های پردازنده، تعیین آدرس‌های حافظه، نگهداری آدرس‌ها و مدیریت دسترسی به حافظه هستند.	مثال: MAR (Memory Address Register)، MDR (Memory Data Register)

اهمیت رجیسترها

رجیسترها نقش بسیار مهمی در عملکرد CPU ایفا می‌کنند. سرعت بالای دسترسی به رجیسترها باعث می‌شود که CPU بتواند داده‌ها را به سرعت پردازش کند. همچنین، رجیسترها با ذخیره داده‌های موقت و دستورات، از نیاز به دسترسی مکرر به حافظه اصلی جلوگیری می‌کنند که این امر نیز به افزایش سرعت پردازش کمک می‌کند.

نکات مهم

• تعداد و نوع رجیسترها در CPUهای مختلف متفاوت است.
• برنامه‌نویسان می‌توانند از رجیسترها برای بهبود عملکرد برنامه‌های خود استفاده کنند.
• استفاده صحیح از رجیسترها می‌تواند به کاهش مصرف انرژی CPU کمک کند.

در مجموع، رجیسترها بخش مهمی از CPU هستند که نقش کلیدی در سرعت و کارایی پردازش داده‌ها ایفا می‌کنند.

رجیستر های با دسترسی کاربر (User Accessible Register)

این نوع رجیستر ها  با وارد کردن دستورات از سمت کاربر ، قابل دسترسی هستند.

• رجیستر های عمومی (General Purpose Registers) : کاربران می توانند به این رجیستر ها دسترسی داشته باشند و آن ها را تغییر دهند و شامل آدرس ها و یا داده ها هستند.
• رجیستر های ویژه (Special Purpose Registers) : این رجیستر ها به طور مستقیم توسط کاربر قابل دسترسی نیستند و به پردازنده تعلق دارند. یک مثال برای این دسته، رجیستر شمارنده برنامه (Progeam Counter) یا به اصطلاح PC  است که آدرس دستور بعدی که باید پردازش شود را در خود نگه می دارد و با دریافت یک دستور، مقدار 1 واحد به آن افزوده می شود.

---

هارد سرور hp

---

رجیستر های داخلی (internal Registers)

این رجیسترهای CPU برای کاربر قابل دسترسی نیستند و فقط در حین پردازش توسط خود پردازنده قابل دسترسی هستند و انواعی دارند .

Memory Data Register (MDR)

 یکی از رجیستر های بسیار مهم پردازنده است که در نقش بافر عمل می کند و داده ها و اطلاعاتی که طی عملیات Fetch از حافظه Ram به این رجیستر انتقال یافته را کپی کرده تا پردازنده بتواند از این داده ها برای پردازش استفاده کند.

Memory Address Register (MAR)

هنگامی که پردازنده می خواهد داده ای را در حافظه Ram ذخیره کرده یا از آن بخواند ، در این هنگام پردازنده آدرس آن داده ها و دستورالعمل هایی که موردنیازش است را در رجیستر  MAR به صورت موقت دخیره می کند تا از آن ها استفاده کند.

Memory Buffer Register (MBR)

رجیستر MBR تفاوتی با رجیستر MDR ندارد و همان عملیات را انجام می دهد و مانند MDR ، نقش بافر عمل می کند و داده ها و اطلاعاتی که طی عملیات Fetch از حافظه Ram به این رجیستر انتقال یافته را کپی کرده تا پردازنده بتواند از این داده ها برای پردازش استفاده کند.

---

سرور اچ پی

---

انواع رجیستر های مهم در پردازنده ها

در این جا می خواهیم انواع رجیستر های مهم در پردازنده ها و ریز پردازنده ها را بررسی کنیم:

Flag Register (FR)

رجیستر Flag برای نشان دادن یک حالت و شرایط خاص استفاده می شود. رجیستر Flag از 1 یا 2 بایت تشکیل شده است. هر بایت به 8 بیت تقسیم می شود و هر بیت یک حالت را نشان می دهد. برخی از این رجیستر های Flag عبارتند از Zero Flag ( برای نشان دادن این که حاصل محاسبه صفر شده است یا خیر) ، Carry Flag (برای نشان دادن این که مقدار قرضی در محاسبه داریم یا خیر)، Paritty Flag ( برای نشان دادن این که مقدار paritty در محاسبه داریم یا خیر) ، Sign Flag (برای نشان دادن این که مقدار ما علامت دار است یا بی علامت ) ، OverFlow Flag ( برای نشان دادن این که در محاسبه مقدار ما از حد بیشتر شده یا خیر)، Interrupt Enable  ( برای نشان دادن که اینکه interrupt اتفاق افتاده یا خیر) ، Decimal Mode Flag ( برای نسان دادن این که عدد حاصل در حالت دسیمال ( ده دهی ) قرار دارد یا خیر).

Accumulator Register

عملکرد رجیسترهای تجمعی مدیریت عملیات ریاضی و منطقی است. این رجیستر ها بخشی از ALU ( واحد ریاضی و منطق ) هستند. تقریباً چهار نوع رجیستر Accumulative وجود دارد که EAX ، EBX ، ECX و EDX نامیده می شوند. اندازه این رجیستر ها از 1 تا 4 بایت می باشد. رجیستر های AX , BX, CX, DX ، 2 بایتی هستند و مرتبه پایین و بالای آن به ترتیب به صورت AL, BlL, CL, DL و AH, BH, CH, DH هستند.

Instruction Pointer Register (IPR)

یک رجیستر خاص است که آدرس دستورالعمل بعدی که باید توسط پردازنده پردازش شود را در خود نگه می دارد و به آن Program Counter یا PC هم گفته می شود.

Index Register

به طور کلی یک رجیستری در داخل پردازنده است که برای تغییر آدرس های عملوند (Operand) در حین اجرای برنامه کار می کند و هدف این رجیستر ذخیره اعدادی در پردازنده است که بتواند منفی باشد و یا بخشی از آدرس دستوری که آمده باشد تا بتواند آن را به یک آدرس کارآمد تبدیل کند. نکته ای که وجود دارد این است که به Index Register گاهی اوقات Base Register هم اطلاق می شود.

Data Register (DX)

از این رجیستر برای ذخیره داده های خوانده شده یا نوشته شده از حافظه های ذخیره سازی به طور موقت استفاده می شود.

بیشتر بخوانید: WSUS چیست: نصب، عیب یابی و راه اندازی آفلاین، اتصال کلاینتها و تنظیمات در GPO

تفاوت رجیستر با سایر حافظه‌ها در کامپیوتر

رجیسترها سریع‌ترین نوع حافظه در کامپیوتر هستند و مستقیماً داخل پردازنده قرار دارند، در حالی که سایر حافظه‌ها مانند کش، رم و حافظه‌های جانبی بیرون از CPU واقع شده‌اند و به ترتیب سرعت و دسترسی کمتری دارند. رجیسترها معمولاً ظرفیت بسیار کمی دارند و برای نگهداری موقت داده‌ها و دستورالعمل‌هایی که پردازنده در حال پردازش آن‌هاست استفاده می‌شوند، در حالی که حافظه‌های دیگر برای ذخیره‌سازی بلندمدت‌تر یا نگهداری داده‌های بزرگ‌تر کاربرد دارند. به بیان ساده، رجیستر مثل یک میز کار کوچک و سریع برای پردازنده است، در حالی که رم و دیسک‌ها شبیه انبارهای بزرگ‌تر و کندتر هستند.