Les registres sont de petites mémoires très rapides situées à l'intérieur des microprocesseurs et des microcontrôleurs. Ils servent à stocker temporairement les données dont le processeur a besoin pendant l'exécution d'un programme. Grâce à eux, les calculs peuvent être réalisés beaucoup plus rapidement que si le processeur devait aller chercher chaque information dans la mémoire principale.

Un registre est constitué d'un ensemble de bascules. Chaque bascule mémorise un bit. En regroupant plusieurs bascules, on peut mémoriser un nombre entier.

Par exemple :

• un registre de 8 bits contient 8 bascules et peut stocker une valeur comprise entre 0 et 255 ;
• un registre de 16 bits contient 16 bascules ;
• un registre de 32 bits contient 32 bascules ;
• un registre de 64 bits contient 64 bascules.

Lorsqu'un programme s'exécute, le processeur charge les données utiles dans ses registres. Les opérations arithmétiques et logiques sont alors réalisées directement sur leur contenu. Une fois le calcul terminé, le résultat peut être conservé dans un registre ou envoyé vers la mémoire.

Exemple : pour calculer 25 + 17, le processeur peut charger 25 dans un premier registre, 17 dans un second, effectuer l'addition dans son unité arithmétique et logique (ALU), puis placer le résultat, 42, dans un troisième registre.

Les registres ne servent pas uniquement à stocker des nombres. Certains contiennent des adresses mémoire, d'autres conservent le résultat des comparaisons, l'état du processeur ou encore l'adresse de la prochaine instruction à exécuter.

Parmi les registres les plus importants, on trouve notamment :

• les registres de données, qui stockent les valeurs manipulées par les programmes ;
• les registres d'adresses, qui indiquent où se trouvent les données en mémoire ;
• le compteur ordinal (Program Counter), qui contient l'adresse de la prochaine instruction à exécuter ;
• le registre d'état, qui mémorise différents indicateurs, comme le résultat nul d'un calcul ou une retenue.

Les registres sont les mémoires les plus rapides d'un ordinateur. Leur accès ne demande généralement qu'un seul cycle d'horloge, alors que l'accès à la mémoire vive (RAM) est plus lent. C'est pourquoi les processeurs modernes possèdent souvent plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de registres selon leur architecture.

Sans les registres, les processeurs seraient beaucoup moins performants. Chaque opération nécessiterait de nombreux échanges avec la mémoire principale, ce qui ralentirait considérablement l'exécution des programmes.