[科普中國]-指令寄存器

指令寄存器（IR，Instruction Register），是臨時放置從內存里面取得的程序指令的寄存器，用于存放當前從主存儲器讀出的正在執(zhí)行的一條指令。1

當執(zhí)行一條指令時，先把它從內存取到數據寄存器（DR，Data Register）中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數字組成。為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，以便識別所要求的操作。指令譯碼器就是做這項工作的。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。2

基本信息在計算機控制器中存放將要執(zhí)行的指令的寄存器。當計算機的某一計算循環(huán)開始時，先根據地址寄存器的地址，從內存儲器中讀出一條指令，存入指令寄存器中。指令寄存器的相應位送入指令譯碼器(操作碼譯碼、變址譯碼等)。根據譯碼結果產生相應的控制信號，完成指令規(guī)定的運算、傳送數據等動作。2

在計算機的中央處理機中，一般都有專用的指令寄存器，其長度等于指令長度，即一般是計算機字長。指令寄存器通常與內存儲器的緩沖寄存器相連。3

取指過程取指令階段完成的任務是將現(xiàn)行指令從主存中取出來并送至指令寄存器中，具體的操作如下：2

現(xiàn)行指令地址送至存儲器地址寄存器，記作PC→MAR3

向主存發(fā)送讀命令，啟動主存作讀操作，記作1→R1

將MAR（通過地址總線）所指的主存單元中的內容（指令）井數據總線讀至MDR內，記作M（MAR）→MDR1

將MDR的內容送至IR，記作MDR→IR1

指令的操作碼送至CU譯碼，記作OP（IR）→CU2

形成下一條指令的地址，記作（PC）+1→PC3

工作原理指令寄存器就是用來存放從當前的計算機狀態(tài)的內存中讀取出的計算機操作指令，比如，我們此時對計算機的桌面進行了鼠標右鍵的操作，這時候這個鼠標硬件操作的指令就會被指令寄存器讀取存放，然后再進行執(zhí)行。3

指令寄存器的具體工作方式是當計算機正在執(zhí)行一條指令時，計算機首先會將數據傳送至內存，然后數據存儲器會從內存中讀取這個指令數據，并傳送給指令寄存器。一般來說，一段指令是由操作碼和地址碼字段組成的，基本構成方式就是計算機最本質的二進制數碼。3此外，為了能夠正確執(zhí)行指令，計算機還會對指令進行檢測，完成這項工作的就是指令譯碼器。當計算機的相關指令構成的操作碼一經計算機正確譯碼后，操作控制器就會接收到來自計算機中央處理器的相關處理信號，進而完成對指令的執(zhí)行。1

區(qū)別與指令指針寄存器區(qū)別

指令指針寄存器用英文簡稱為IP，它雖然也是一種指令寄存器，但是嚴格意義上和傳統(tǒng)的指令寄存器有很大的區(qū)別。比如，指令指針寄存器內部放置的不會是指令，而是一個內存地址，這個內存地址從一個指令指向另一個指令，用計算機科學的語言來描述，它就是一個指針。2在計算機工作的時候，CPU會從IP中獲得關于指令的相關內存地址，然后按照正確的方式取出指令，并將指令放置到原來的指令寄存器中。完成這一項工作之后，指令指針寄存器會給自己進行加一的操作，即將工作指向下一步的操作，完成自己指針的效果。3

因此，指令寄存器就是存放計算機操作指令的一種寄存器，計算機科學中尤其是在使用匯編語言的時候，指令寄存器和其他各種寄存器經常會被使用，它們是對計算機工作的一個直觀表現(xiàn)，傳送信號也基本是二進制或十六進制。1

本詞條內容貢獻者為:

尚軼倫 - 副教授 - 同濟大學數學科學學院