寄存器简介和结构

寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。按照功能的不同，可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类。基本寄存器只能并行送入数据，也只能并行输出。移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，或串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。

寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。其实寄存器就是一种常用的时序逻辑电路，但这种时序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的，因为一个锁存器或触发器能存储1位二进制数，所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄存器。寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。 [2] 在计算机领域，寄存器是CPU内部的元件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。Cortex-M4总共有18个寄存器，相比传统ARM(如ARM7/ARM9/Cortex-A系列)的38个寄存器已减少很多，减少了内核核心面积(Die-size)。

对于编译器非常友好易用，例如：包含灵活的寄存器配置，任意寄存器之间可实现单周期乘法，任意寄存器可以作为数据、结构或数组的指针。此外，Cortex-M4还包含4个特殊功能寄存器PRIMASK、FAUI。TMASK、BASEPRI和CONTROL。

寄存器最起码具备以下4种功能。①清除数码：将寄存器里的原有数码清除。 [3] ②接收数码：在接收脉冲作用下，将外输入数码存入寄存器中。 [3] ③存储数码：在没有新的写入脉冲来之前，寄存器能保存原有数码不变。 ④输出数码：在输出脉冲作用下，才通过电路输出数码。 [3] 仅具有以上功能的寄存器称为数码寄存器;有的寄存器还具有移位功能，称为移位寄存器。

寄存器有串行和并行两种数码存取方式。将n位二进制数一次存入寄存器或从寄存器中读出的方式称为并行方式。将n位二进制数以每次1位，分成n次存入寄存器并从寄存器读出，这种方式称为串行方式。并行方式只需一个时钟脉冲就可以完成数据操作，工作速度快，但需要n根输入和输出数据线。串行方式要使用几个时钟脉冲完成输入或输出操作，工作速度慢，但只需要一根输入或输出数据线，传输线少，适用于远距离传输。

在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，存放门位二进制代码的寄存器需用逐个触发器来构成。 [4] 对寄存器中的触发器只要求它们具有置1，置0的功能即可，因而无论是用电平触发的触发器，还是用脉冲触发或边沿触发的触发器，都可以组成寄存器。 [4] 由电平触发的动作特点可知，在CLK高电平期间，Q端的状态跟随D端状态的改变而改变;CLK变成低电平以后，Q端将保持CLK变为低电平时刻D端的状态。 [4] 74HC175则是用CMOS边沿触发器组成的4位寄存器，根据边沿触发的动作特点可知，触发器输出端的状态仅仅取决于CLK上升沿到达时刻D端的状态。可见，虽然74LS75和74HC175都是4位寄存器，但由于采用了不同结构类型的触发器，所以动作特点是不同的。 [4] 为了增加使用的灵活性，在有些寄存器电路中还附加了一些控制电路，使寄存器又增添了异步置零、输出三态控制和保持等功能。这里所说的保持，是指CLK信号到达时触发器不随D端的输入信号而改变状态，保持原来的状态不变。 [4] 上面介绍的两个寄存器电路中，接收数据时所有各位代码都是同时输入的，而且触发器中的数据是并行地出现在输出端的，因此将这种输入、输出方式称为并行输入、并行输出方式。