Registr procesoru - Processor register

Registr procesoru je rychle dostupné místo dostupné procesoru počítače . Registry se obvykle skládají z malého množství rychlého úložiště , ačkoli některé registry mají specifické hardwarové funkce a mohou být jen pro čtení nebo pouze pro zápis. V počítačové architektuře jsou registry obvykle adresovány jinými mechanismy než hlavní pamětí , ale v některých případech jim může být přiřazena adresa paměti, např. DEC PDP-10 , ICT 1900 .

Téměř všechny počítače, ať už načítají/ukládají architekturu nebo ne, načítají data z větší paměti do registrů, kde se používají pro aritmetické operace a jsou manipulovány nebo testovány podle pokynů stroje . Manipulovaná data jsou pak často ukládána zpět do hlavní paměti, a to buď stejnou instrukcí, nebo následnou. Moderní procesory používají jako hlavní paměť statickou nebo dynamickou RAM , přičemž k druhé se obvykle přistupuje prostřednictvím jedné nebo více úrovní mezipaměti .

Registry procesorů jsou obvykle na vrcholu hierarchie paměti a poskytují nejrychlejší způsob přístupu k datům. Termín obvykle odkazuje pouze na skupinu registrů, které jsou přímo kódovány jako součást instrukce, jak je definováno instrukční sadou . Moderní vysoce výkonné procesory však často mají duplikáty těchto „architektonických registrů“, aby zlepšily výkon prostřednictvím přejmenování registrů , což umožňuje paralelní a spekulativní provádění . Moderní design x86 získal tyto techniky kolem roku 1995 s vydáním Pentium Pro , Cyrix 6x86 , Nx586 a AMD K5 .

Když počítačový program přistupuje opakovaně ke stejným datům, nazývá se to referenční lokalita . Uchovávání často používaných hodnot v registrech může být rozhodující pro výkon programu. Přidělení registru provádí buď kompilátor ve fázi generování kódu , nebo ručně programátor jazyka sestavení .

Velikost

Registry se obvykle měří počtem bitů, které mohou pojmout, například „ 8bitový registr“, „ 32bitový registr“ nebo „ 64bitový registr“ nebo dokonce více. V některých sadách instrukcí mohou registry pracovat v různých režimech rozdělením své paměťové paměti na menší (například 32bitové do čtyř 8bitových), do kterých lze načíst více dat (vektor nebo jednorozměrné pole dat ) a současně operovány. Obvykle se implementuje přidáním dalších registrů, které mapují jejich paměť do většího registru. Procesory, které mají schopnost provádět jednu instrukci na více datech, se nazývají vektorové procesory .

Typy

Procesor často obsahuje několik druhů registrů, které lze klasifikovat podle jejich obsahu nebo pokynů, které na nich fungují:

• Uživatelsky přístupné registry lze číst nebo zapisovat podle pokynů na stroji. Nejběžnější rozdělení uživatelsky přístupných registrů je na datové registry a registry adres.
  • Datové registry smohou obsahovatčíselné hodnoty dat,jako jecelé číslo,a v některých architekturách hodnoty s plovoucí desetinnou čárkou, stejně jakoznaky, malábitová polea další data. V některých starších a nižších procesorechse pro mnoho operací implicitně používáspeciální datový registr, známý jakoakumulátor.
  • Adresový registr sdržetadresya jsou používány instrukcí, které nepřímo přistupujíprimární paměti.
    • Některé procesory obsahují registry, které lze použít pouze k uchování adresy nebo pouze k uchování číselných hodnot (v některých případech se používá jako indexový registr, jehož hodnota je přidána jako offset od určité adresy); jiné umožňují registrům uchovávat jakýkoli druh množství. Existuje široká škála možných režimů adresování , používaných k určení efektivní adresy operandu.
    • Ukazatel zásobníku se používá ke správě zásobníku za běhu . Zřídka jsou jiné datové zásobníky adresovány vyhrazenými adresními registry, viz stroj na zásobníku .
  • Univerzální registry ( GPR ) mohou ukládat data i adresy, tj. Jsou to kombinované registry dat/adres; V některých architekturách je soubor registru je sjednocen tak, že GPRS je možné uložit čísla s plovoucí desetinnou čárkou stejně.
  • Stavové registry uchovávajípravdivostní hodnoty, které sečasto používají k určení, zda se má nebo nemá provést nějaká instrukce.
  • Registry spohyblivou řádovou čárkou(FPRs) ukládajíčíslasplovoucí desetinnou čárkouv mnoha architekturách.
  • Konstantní registry uchovávají hodnoty pouze pro čtení, jako je nula, jedna nebopi.
  • Vektorové registry uchovávají data provektorové zpracováníprováděnéinstrukcemiSIMD(jednoduchá instrukce, více dat).
  • Účelové registry ( SPR ) uchovávají stav programu; obvykle obsahují programový čítač , nazývaný také ukazatel instrukce, a stavový registr ; čítač programu a stavový registr mohou být kombinovány v registru stavového slova programu (PSW). Výše uvedený ukazatel zásobníku je někdy také zahrnut do této skupiny. Vestavěné mikroprocesory mohou mít také registry odpovídající specializovaným hardwarovým prvkům.
  • V některých architekturách registry specifické pro model (také nazývané registry specifické pro stroj ) ukládají data a nastavení související se samotným procesorem. Protože jejich významy jsou spojeny s designem konkrétního procesoru, nelze očekávat, že mezi generacemi procesorů zůstanou standardní.
  • Registry rozsahů typu paměti (MTRRs)
• Interní registry - registry nedostupné podle pokynů, používané interně pro operace procesoru.
  • Registr instrukcí , držení aktuálně prováděné instrukce.
  • Registry související s načítáním informací z RAM , sbírka úložných registrů umístěných na samostatných čipech z CPU:
    • Register vyrovnávací paměti (MBR), také známý jakopaměťový datový registr(MDR)
    • Register adres paměti (MAR)
• Architektonický registr- Registry viditelné pro software definovaný architekturou nemusí odpovídat fyzickému hardwaru, pokud je přejmenování registru prováděno základním hardwarem.

Hardwarové registry jsou podobné, ale vyskytují se mimo CPU.

V některých architekturách (například SPARC a MIPS ), první nebo poslední registr ve integer souboru registru je pseudo-registr takovým způsobem, že to je jediná možnost, aby se vždy vrátí nulu při čtení (většinou ke zjednodušení režimů indexování), a to nemůže být přepsán. V Alpha se to také dělá pro soubor registru s plovoucí desetinnou čárkou. V důsledku toho jsou soubory registrů běžně uváděny tak, že mají o jeden registr více, než kolik z nich je skutečně použitelných; například 32 registrů je citováno, když se pouze 31 z nich vejde do výše uvedené definice registru.

Příklady

Následující tabulka ukazuje počet registrů v několika hlavních architekturách CPU. Všimněte si, že v procesorech kompatibilních s x86 je ukazatel zásobníku ( ESP ) počítán jako celočíselný registr, přestože existuje omezený počet instrukcí, které lze použít k ovládání jeho obsahu. Podobná upozornění platí pro většinu architektur.

Ačkoli jsou všechny výše uvedené architektury odlišné, téměř všechny jsou základním uspořádáním známým jako architektura Von Neumanna , kterou poprvé navrhl maďarsko-americký matematik John von Neumann . Je také pozoruhodné, že počet registrů na GPU je mnohem vyšší než na CPU.

Používání

Počet registrů dostupných na procesoru a operace, které lze pomocí těchto registrů provádět, má významný dopad na účinnost kódu generovaného optimalizací překladačů . Počet Strahler expresního stromu udává minimální počet registrů potřebných pro vyhodnocení tohoto výrazu stromu.

Viz také

• CPU cache
• Registrace přidělení
• Zaregistrujte soubor
• Posuvný registr

Reference