程式計數器

程式計數器是用於存放下一條指令所在單元的地址的地方。

當執行一條指令時，首先需要根據PC中存放的指令地址，將指令由記憶體取到指令暫存器中，此過程稱為“取指令”。與此同時，PC中的地址或自動加1或由轉移指針給出下一條指令的地址。此後經過分析指令，執行指令。完成第一條指令的執行，而後根據PC取出第二條指令的地址，如此循環，執行每一條指令。

基本介紹

• 中文名：程式計數器
• 外文名：Program Counter
• 外語簡稱：PC

簡介

程式計數器是計算機處理器中的暫存器，它包含當前正在執行的指令的地址（位置）。當每個指令被獲取，程式計數器的存儲地址加一。在每個指令被獲取之後，程式計數器指向順序中的下一個指令。當計算機重啟或復位時，程式計數器通常恢復到零。

馮 ·諾伊曼計算機體系結構的主要內容之一就是“程式預存儲，計算機自動執行”！處理器要執行的程式（指令序列）都是以二進制代碼序列方式預存儲在計算機的存儲器中，處理器將這些代碼逐條地取到處理器中再解碼、執行，以完成整個程式的執行。為了保證程式能夠連續地執行下去，CPU必須具有某些手段來確定下一條取指指令的地址。程式計數器（PC ）正是起到這種作用，所以通常又稱之為‘指令計數器’。

在程式開始執行前，將程式指令序列的起始地址，即程式的第一條指令所在的記憶體單元地址送入PC，CPU按照 PC的指示從記憶體讀取第一條指令（取指）。當執行指令時，CPU自動地修改PC的內容，即每執行一條指令PC增加一個量，這個量等於指令所含的位元組數（指令位元組數），使 PC總是指向下一條將要取指的指令地址。由於大多數指令都是按順序來執行的，所以修改PC 的過程通常只是簡單的對PC 加“指令位元組數”。
當程式轉移時，轉移指令執行的最終結果就是要改變PC的值，此PC值就是轉去的目 標地址。處理器總是按照PC 指向取指、解碼、執行，以此實現了程式轉移。

ARM 處理器中使用R15 作為PC，它總是指向取指單元，並且ARM 處理器中只有一個PC 暫存器，被各模式共用。R15 有32 位寬度（下述標記為R15[31:0]，表示R15 的‘第31位’到‘第0位'），ARM 處理器可以直接定址4GB的地址空間（2^32 = 4G ）。

特點

為了保證程式（在作業系統中理解為進程）能夠連續地執行下去，處理器必須具有某些手段來確定下一條指令的地址。而程式計數器正是起到這種作用，所以通常又稱為指令計數器。在程式開始執行前，必須將它的起始地址，即程式的第一條指令所在的記憶體單元地址送入程式計數器，因此程式計數器的內容即是從記憶體提取的一條指令的地址。當執行指令時，處理器將自動修改PC的內容，即每執行一條指令PC增加一個量，這個量等於指令所含的位元組數，以便使其保持的總是將要執行的下一條指令的地址。由於大多數指令都是按順序來執行的，所以修改的過程通常只是簡單的對PC加1。

但是，當遇到轉移指令如JMP（跳轉、外語全稱：JUMP）指令時，後繼指令的地址（即PC的內容）必須從指令暫存器中的地址欄位取得。在這種情況下，下一條從記憶體取出的指令將由轉移指令來規定，而不像通常一樣按順序來取得。因此程式計數器的結構應當是具有暫存信息和計數兩種功能的結構。