Почему регистры процессора быстро доступны?

Question

Переменные регистра - это хорошо известный способ получить быстрый доступ (register int i). Но почему регистры находятся на вершине иерархии (регистры, кэш, основная память, вторичная память)? Каковы все вещи, которые делают доступ к регистрам таким быстрым?

Answer 1

Регистры - это схемы, которые буквально подключены непосредственно к АЛУ, который содержит схемы для арифметики. Каждый тактовый блок регистра ядра ЦП может передавать полдюжины или около того переменных в другие схемы. На самом деле, модули в канале данных (ALU и т. Д.) Могут передавать данные друг другу напрямую через обходную сеть , которая в некотором смысле образует уровень иерархии над регистрами, но они по-прежнему используют номера регистров. обратиться друг к другу. (Секция управления полностью конвейерного ЦП динамически отображает единицы данных в регистровые числа.)

Ключевое слово register в C ничего не дает, и вы не должны его использовать. Компилятор решает, какие переменные должны быть в регистрах и когда.

Answer 2

Регистры являются основной частью ЦП, и большая часть набора команд ЦП будет приспособлена для работы с регистрами, а не с областями памяти. Для доступа к значению регистра обычно требуется очень мало тактов (вероятно, всего 1), как только доступ к памяти становится более сложным, и включаются контроллеры / шины кэш-памяти, а операция займет значительно больше времени.

Answer 3

Регистры по сути являются внутренней памятью процессора. Таким образом, доступ к регистрам проще и быстрее, чем любой другой доступ к памяти.

Answer 4

Меньшие воспоминания, как правило, быстрее, чем большие; они также могут потребовать меньше битов для адресации. 32-битное командное слово может содержать три четырехбитных регистрационных адреса и иметь много места для кода операции и других вещей; один 32-битный адрес памяти полностью заполнил бы командное слово, не оставляя места для чего-либо еще. Кроме того, время, необходимое для обращения к памяти, увеличивается со скоростью, более чем пропорциональной журналу объема памяти. Доступ к слову из памяти объемом 4 ГБ займет в десятки, если не в сотни раз больше, чем доступ к слову из файла регистра из 16 слов.

Машина, которая может обрабатывать большинство информационных запросов из небольшого файла быстрого регистра, будет быстрее, чем машина, которая использует более медленную память для всего.

Answer 5

Каждый микроконтроллер имеет процессор, как упомянул Билл, который имеет базовые компоненты ALU, некоторую оперативную память, а также другие виды памяти для помощи в его работе.ОЗУ - это то, что вы называете основной памятью.

АЛУ обрабатывает все артеметические логические операции и оперирует любыми операндами для выполнения этих вычислений, загружает операнды в регистры, выполняет операции с ними, а затем ваша программа обращается к сохраненному результату в этих регистрах.прямо или косвенно.

Поскольку регистры находятся ближе всего к сердцу ЦП (он же мозг вашего процессора), они находятся выше в цепочке, и операции, выполняемые непосредственно над регистрами, занимают наименьшее количество тактов.