รีจิสเตอร์คือกลุ่มของฟลิปเปอร์ ข้อมูลดิจิทัลขนาด 1 บิตจะถูกจัดเก็บโดยใช้ฟลิปเปอร์ การรวมฟลิปเปอร์จำนวนมากเข้าด้วยกันจะช่วยขยายความจุในการจัดเก็บข้อมูลให้สามารถเก็บข้อมูลได้จำนวนมาก เราต้องใช้รีจิสเตอร์ขนาด n บิตที่มีฟลิปเปอร์จำนวน n ตัว หากเราต้องการจัดเก็บคำขนาด n บิต

รีจิสเตอร์อเนกประสงค์ (GPRs) เป็นส่วนประกอบสำคัญในซีพียู ทำหน้าที่เป็นที่เก็บข้อมูลชั่วคราวสำหรับข้อมูลที่กำลังประมวลผลอยู่ แตกต่างจากรีจิสเตอร์เฉพาะทางซึ่งใช้สำหรับงานเฉพาะเจาะจง รีจิสเตอร์อเนกประสงค์มีความอเนกประสงค์สูงและสามารถจัดเก็บข้อมูลได้หลากหลายประเภท รวมถึงตัวดำเนินการสำหรับการคำนวณทางคณิตศาสตร์และตรรกะ ที่อยู่หน่วยความจำ หรือผลลัพธ์ระหว่างการประมวลผล

การลงทะเบียนการดำเนินการ

เมื่อเราป้อนข้อมูลเข้าสู่ระบบ ข้อมูลเหล่านั้นจะถูกจัดเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ และเมื่อระบบส่งผลลัพธ์กลับมาหลังจากประมวลผลแล้ว ผลลัพธ์เหล่านั้นก็จะถูกดึงออกมาจากรีจิสเตอร์เช่นกัน เพื่อให้ซีพียูสามารถนำไปใช้ประมวลผลข้อมูลที่ผู้ใช้ป้อนเข้ามาได้

การทำงานของรีจิสเตอร์นั้นอาศัยหลักการทำงานสามอย่างดังนี้:

• การดึงข้อมูล (Fetch):การดำเนินการดึงข้อมูลใช้เพื่อดึงคำสั่งที่ผู้ใช้ป้อนซึ่งถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก โดยใช้รีจิสเตอร์ในการดึงคำสั่งเหล่านี้
• การถอดรหัส:การดำเนินการถอดรหัสใช้เพื่อตีความคำสั่ง ซึ่งหมายความว่า CPU จะพิจารณาว่าควรดำเนินการใดกับคำสั่งเหล่านั้นหลังจากที่ถอดรหัสคำสั่งแล้ว
• การประมวลผล:ซีพียูทำหน้าที่จัดการการประมวลผลคำสั่งต่างๆ ผลลัพธ์ที่ได้จากซีพียูจะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำก่อนที่จะแสดงผลบนหน้าจอของผู้ใช้

ประเภทของทะเบียน

• ทะเบียนสถานะและควบคุม
• สมุดบันทึกข้อมูลอเนกประสงค์
• ลงทะเบียนเพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ

สถานะการลงทะเบียนและการควบคุม

รีจิสเตอร์สถานะและควบคุมจะรายงานและอนุญาตให้แก้ไขสถานะของโปรเซสเซอร์และสถานะของโปรแกรมที่กำลังทำงานอยู่

สมุดทะเบียนข้อมูลอเนกประสงค์:

รีจิสเตอร์อเนกประสงค์เป็นรีจิสเตอร์เพิ่มเติมที่มีอยู่ในซีพียูและถูกใช้งานเมื่อใดก็ตามที่ต้องการเข้าถึงข้อมูลหรือตำแหน่งหน่วยความจำ โดยส่วนใหญ่จะใช้สำหรับเก็บข้อมูลดังต่อไปนี้:

• ตัวดำเนินการสำหรับการดำเนินการทางตรรกะและทางคณิตศาสตร์
• ตัวดำเนินการใช้ในการคำนวณที่อยู่
• ตัวชี้หน่วยความจำ

รีจิสเตอร์ข้อมูลอเนกประสงค์มี 3 ประเภท ได้แก่:

รีจิสเตอร์ข้อมูล: รีจิสเตอร์ข้อมูลประกอบด้วยรีจิสเตอร์ข้อมูล 32 บิตจำนวนสี่ตัว ใช้สำหรับคำนวณทางคณิตศาสตร์ ตรรกะ และการดำเนินการอื่นๆ รีจิสเตอร์ข้อมูลยังแบ่งออกเป็นสี่ประเภท:

• AX:นี่คือรีจิสเตอร์สะสม (Accumulator Register) มี 16 บิต ซึ่งถูกแบ่งออกเป็นสองรีจิสเตอร์ 8 บิต คือ AH และ AL ทำให้สามารถประมวลผลคำสั่ง 8 บิตได้ ในไมโครโปรเซสเซอร์ 8086 จะใช้ในคำสั่งคำนวณทางคณิตศาสตร์ ตรรกะ และการส่งข้อมูล ตัวเลขตัวใดตัวหนึ่งในการดำเนินการและการหารจะต้องอยู่ในรูปแบบ AX หรือ AL
• BX:นี่คือรีจิสเตอร์ฐาน (Base Register) มี 16 บิต และแบ่งออกเป็นสองรีจิสเตอร์ขนาด 8 บิต คือ BH และ BL รีจิสเตอร์ที่อยู่ (Address Register) คือรีจิสเตอร์ BX ซึ่งโดยปกติจะมีตัวชี้ข้อมูล (Data Pointer) สำหรับการกำหนดแอดเดรสแบบทางอ้อม โดยอ้างอิงจากรีจิสเตอร์ นี้
• CX:นี่คือรีจิสเตอร์นับ (Counter Register) มี 16 บิต แบ่งออกเป็นสองรีจิสเตอร์ 8 บิต คือ CH และ CL ทำให้สามารถประมวลผลคำสั่ง 8 บิตได้ ทำหน้าที่เป็นตัวนับสำหรับลูป ช่วยให้การพัฒนาลูปโปรแกรมง่ายขึ้น คำสั่งเลื่อน/หมุน และการจัดการสตริง ล้วนอนุญาตให้ใช้รีจิสเตอร์นับเป็นตัวนับ ได้
• DX:นี่คือรีจิสเตอร์ข้อมูล (Data Register) มี 16 บิต แบ่งออกเป็นสองรีจิสเตอร์ 8 บิต คือ DH และ DL ดังนั้นจึงสามารถประมวลผลคำสั่ง 8 บิตได้ ในการทำงานของ I/O รีจิสเตอร์ข้อมูลสามารถใช้เป็นหมายเลขพอร์ตได้ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการหารและการคูณด้วย

รีจิสเตอร์ตัวชี้: รีจิสเตอร์ตัวชี้ประกอบด้วยส่วนซ้าย 16 บิต (SP และ BP) และรีจิสเตอร์ ESP และ EBP 32 บิต

• SP:นี่คือตัวชี้สแต็ก (stack pointer) ใช้สำหรับชี้ไปยังสแต็กของโปรแกรม ในการเข้าถึงเซ็กเมนต์ของสแต็ก จะใช้ SS เป็นตัวชี้ มีขนาด 16 บิต ระบุตำแหน่งรายการบนสุดของสแต็ก ตัวชี้สแต็กจะเป็น (FFFE)H ถ้าสแต็กว่างเปล่า เซ็กเมนต์ของสแต็กจะสัมพันธ์กับแอดเดรสออฟเซ็ตของมัน
• BP:นี่คือตัวชี้ฐาน (base pointer) ซึ่งใช้ชี้ไปยังข้อมูลในส่วนของสแต็ก (stack segment) เราสามารถใช้ BP ในการเข้าถึงข้อมูลในส่วนอื่นๆ ได้ ต่างจาก SP BP มีขนาด 16 บิต โดยหลักๆ แล้วทำหน้าที่เข้าถึงพารามิเตอร์ที่ส่งผ่านทางสแต็ก ส่วนของสแต็กจะสัมพันธ์กับแอดเดรสออฟเซ็ตของมัน

รีจิสเตอร์ดัชนี: 16 บิตขวาสุดของรีจิสเตอร์ดัชนี ESI และ EDI ขนาด 32 บิต SI และ DI บางครั้งใช้สำหรับการบวก บางครั้งสำหรับการลบ รวมถึงการกำหนดแอดเดรสแบบดัชนีด้วย

• SI:รีจิสเตอร์ดัชนีแหล่งที่มานี้ใช้สำหรับระบุที่อยู่หน่วยความจำภายในเซ็กเมนต์ข้อมูลที่ DS กำลังเข้าถึง ดังนั้นจึงง่ายต่อการเข้าถึงตำแหน่งหน่วยความจำที่ต่อเนื่องกันโดยการเพิ่มค่าใน SI มีขนาด 16 บิต และมีค่าออฟเซ็ ต
• DI:หน้าที่ของรีจิสเตอร์แสดงเจตนา (Intent Register) นี้คล้ายกับ SI การดำเนินการแบบลูกโซ่ (Chain Operations) เป็นกลุ่มย่อยของคำสั่งที่ใช้ DI ในการเข้าถึงที่อยู่หน่วยความจำที่ระบุโดย ES โดยทั่วไปจะใช้เป็นตัวบ่งชี้เจตนาสำหรับการดำเนินการแบบลูกโซ่

การลงทะเบียนเพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ:

ในการจัดเก็บข้อมูลสถานะของเครื่องและเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าสถานะ จะใช้รีจิสเตอร์เฉพาะกิจ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ CPU มีรีจิสเตอร์จำนวนหนึ่งที่ใช้ในการประมวลผลคำสั่ง ซึ่งรีจิสเตอร์เหล่านี้เรียกว่ารีจิสเตอร์เฉพาะกิจ มีรีจิสเตอร์เฉพาะกิจแปดประเภท ได้แก่ cs, ds, ss, es, fs และ gs ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มรีจิสเตอร์เซ็กเมนต์ รีจิสเตอร์เหล่านี้มีตัวเลือกเซ็กเมนต์ได้มากถึงหกตัว

• CS (Code Segment Register):รีจิสเตอร์ 16 บิตที่เรียกว่า Code Segment (CS) จะเก็บที่อยู่ของเซ็กเมนต์ขนาด 64 KB พร้อมกับคำสั่งของ CPU การเข้าถึงคำสั่งทั้งหมดที่อ้างอิงโดยรีจิสเตอร์ตัวชี้คำสั่ง (IP) จะดำเนินการโดย CPU โดยใช้ CS Segment รีจิสเตอร์ CS ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยตรง เมื่อใช้คำสั่งกระโดดระยะไกล (Remote Jump), การเรียกระยะไกล (Remote Call) และการคืนค่าระยะไกล (Remote Return) รีจิสเตอร์ CS จะได้รับการอัปเด ต
• DS (Data Segment Register):ส่วนข้อมูลโปรแกรมขนาด 64KB จะถูกประมวลผลโดยใช้รีจิสเตอร์ 16 บิตที่เรียกว่าส่วนข้อมูล โดยค่าเริ่มต้น โปรเซสเซอร์จะเข้าใจว่าส่วนข้อมูลนี้มีข้อมูลทั้งหมดที่อ้างอิงโดยรีจิสเตอร์ทั่วไป (AX, BX, CX และ DX) และรีจิสเตอร์ดัชนี (SI, DI) คำสั่ง POP และ LDS สามารถใช้เพื่อแก้ไขรีจิสเตอร์ DS ได้โดยตรง
• SS (Stack Segment Register):รีจิสเตอร์ 16 บิตที่เรียกว่ารีจิสเตอร์เซ็กเมนต์สแต็กจะเก็บที่อยู่ของเซ็กเมนต์ขนาด 64KB ในสแต็กซอฟต์แวร์ โดยค่าเริ่มต้น CPU จะเข้าใจว่ารีจิสเตอร์เซ็กเมนต์สแต็กมีข้อมูลทั้งหมดที่อ้างอิงโดยรีจิสเตอร์พอยเตอร์สแต็ก (SP) และรีจิสเตอร์พอยเตอร์ฐาน (BP) คำ
• ES (Complementary Segment Register):รีจิสเตอร์ 16 บิตที่เรียกว่าเซกเมนต์เสริมนี้เก็บที่อยู่ของเซกเมนต์ขนาด 64KB ซึ่งโดยทั่วไปจะบรรจุข้อมูลโปรแกรม ในคำสั่งการจัดการสตริง CPU จะถือว่ารีจิสเตอร์ DI อ้างอิงถึงเซกเมนต์ ES โดยค่าเริ่มต้น คำสั่ง POP และ LES สามารถใช้เพื่ออัปเด ตรี
• FS (File Segment Register):รีจิสเตอร์ FS ไม่มีวัตถุประสงค์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดย CPU แต่ระบบปฏิบัติการที่ใช้งานอยู่จะเป็นผู้กำหนดวัตถุประสงค์ให้ ในกระบวนการของ Windows FS ใช้เพื่อชี้ไปยังบล็อกข้อมูลสตรีม (TIBs )
• GS (Graphics Segment Register):รีจิสเตอร์ GS ใช้ใน Windows 64 บิตเพื่อชี้ไปยังโครงสร้างที่กำหนดโดยระบบปฏิบัติการ โดยทั่วไปแล้ว เคอร์เนลของระบบปฏิบัติการจะใช้ GS เพื่อเข้าถึงหน่วยความจำที่สงวนไว้สำหรับเธรด Windows ใช้รีจิสเตอร์ GS เพื่อควบคุมหน่วยความจำที่สงวนไว้สำหรับเธรด ในการเข้าถึงหน่วยความจำที่สงวนไว้สำหรับ CPU เคอร์เนลของ Linux จะใช้ GS ตัวชี้ไปยังหน่วยความจำเฉพาะเธรด หรือ TLS มักถูกใช้เป็น GS
• IP (Instruction Pointer Register):รีจิสเตอร์ CS และ IP ถูกใช้โดย 8086 เพื่อเข้าถึงคำสั่งต่างๆ หมายเลขเซ็กเมนต์ของคำสั่งถัดไปจะถูกเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ CS ในขณะที่ค่าออฟเซ็ตจะถูกเก็บไว้ในรีจิสเตอร์ IP ทุกครั้งที่มีการประมวลผลคำสั่ง IP จะถูกแก้ไขให้ชี้ไปยังคำสั่งถัดไป IP ไม่สามารถแก้ไขได้โดยตรงจากคำสั่ง ซึ่งแตกต่างจากรีจิสเตอร์อื่นๆ คำสั่งอาจไม่มี IP เป็นตัวถูกดำเนินการ ก็ได้
• รีจิสเตอร์แฟล็ก:รีจิสเตอร์สถานะสำหรับซีพียู x86 จะเก็บสถานะปัจจุบันของซีพียู และเรียกว่ารีจิสเตอร์แฟล็ก ขนาดและความสำคัญของบิตแฟล็กจะแตกต่างกันไปตามสถาปัตยกรรม โดยทั่วไปแล้วจะรวมข้อมูลเกี่ยวกับข้อจำกัดในการทำงานปัจจุบันของซีพียู รวมถึงผลลัพธ์ของการคำนวณทางคณิตศาสตร์ ข้อจำกัดบางอย่างอาจห้ามการทำงานของคำสั่ง "พิเศษ" บางประเภท และป้องกันการเรียกใช้งานอินเตอร์รัปต์บางอย่าง แฟล็กสถานะอื่นๆ อาจแทนที่การแมปหน่วยความจำและระบุการตอบสนองที่ซีพียูจะมีในกรณีที่เกิดการโอเวอร์โหลดทางคณิตศาสตร์