Què és un registre?

Si no us interessen especialment els ordinadors, se us perdonarà per suposar que les úniques formes de memòria en un ordinador eren el disc dur i la memòria RAM. Aquells de vosaltres que tingueu interès en els ordinadors probablement sabríeu que aquest no és el cas, i que la CPU també té un conjunt de memòria cau que s'utilitzen per emmagatzemar a la memòria cau dades de la memòria RAM perquè la CPU hi pugui accedir més ràpidament. Totes aquestes són funcions anunciades, principalment perquè la velocitat i/o la capacitat és un punt de venda decent i, generalment, afecta els nivells de rendiment.

Tanmateix, hi ha una altra capa de memòria. Per molt que pugueu pensar que la memòria cau L1 és el més propera possible al nucli de processament real, hi ha una altra capa superior a la jerarquia de memòria. Aquests són els registres de la CPU. La raó per la qual no s'anuncien ni s'esmenten realment és que realment no es modifiquen en absolut. Tècnicament, podrien ser, però, el nombre i la mida dels registres són en realitat fonamentals per a l'arquitectura. Això vol dir que totes les CPU x86-64 tenen el mateix nombre de registres. No es comercialitzen perquè no són un punt competitiu.

Què fa un registre?

Un registre és una ubicació d'emmagatzematge disponible ràpidament per al processador. L'accés a un registre és immediat amb una latència zero, mentre que fins i tot la memòria cau L1 té una latència d'aproximadament 4-5 cicles a les CPU modernes. Aquesta immediatesa d'accés indica el cas d'ús dels registres. Els registres s'utilitzen per emmagatzemar les instruccions que està operant activament per la CPU. També emmagatzemen punts de dades que s'han de processar. Alguns registres tenen una finalitat general, mentre que d'altres tenen una finalitat molt específica. Un exemple de registre de propòsit especial seria el comptador de programes que és on el processador fa un seguiment de la seva posició en la seva seqüència de programa.

Molts registres es consideren accessibles per l'usuari. Això no vol dir que l'usuari d'un ordinador pugui triar quin valor posar-hi. Significa que el programari en execució pot especificar les dades que es carregaran en aquests registres. Un nombre menor de registres són interns, el que significa que el programari no els pot abordar en absolut. El registre d'instruccions, que emmagatzema la instrucció que s'està executant actualment, és un exemple de registre intern.

Registre el canvi de nom

Tot i que una arquitectura de CPU només pot permetre una única configuració de registres, en realitat hi ha una mica de matisos. Totes les CPU modernes fan ús del canvi de nom del registre. Aquesta és una tècnica on podeu tenir més registres físics i utilitzar-los per carregar prèviament dades o emmagatzemar dades relacionades amb una instrucció fora de servei que, d'altra manera, s'haurien sobreescrit. Quan la CPU arriba al punt que necessita les dades dels registres addicionals, simplement les canvia el nom perquè sigui adreçable, alhora que fa que un registre anteriorment adreçable no sigui adreçable.

El procés de canvi de nom del registre pot ser molt útil per a l'execució fora d'ordre. Per exemple, si una ubicació de memòria està programada per llegir-la des d'aleshores s'escriu i les instruccions s'han executat en aquest ordre, això està bé. Tanmateix, si les instruccions es reordenen per dur a terme l'escriptura primer, la instrucció de lectura obtindria el valor incorrecte. Per evitar-ho, el valor original que s'ha de llegir s'emmagatzema en un registre no utilitzat que després es canvia de nom quan s'està processant la instrucció corresponent.

Conclusió

Els registres són el nivell més alt de la jerarquia de memòria. Són l'única part directament adreçable per la CPU i no tenen latència. Els registres s'utilitzen per emmagatzemar les dades que està executant activament la CPU. També s'utilitzen per emmagatzemar altres punts de dades, com ara el comptador del programa que fa un seguiment de quina instrucció és la següent que s'executa. Hi ha disponibles un nombre molt limitat de registres amb l'arquitectura x86-64 amb 16 registres de propòsit general i 16 o 32 registres de coma flotant, depenent de si s'admet AVX-512.