Que é un Rexistro?

Se non estás especialmente interesado nas computadoras, perdoaríase por asumir que as únicas formas de memoria nun ordenador eran o disco duro e a memoria RAM. Aqueles de vostedes interesados ​​nas computadoras probablemente saberían que este non é o caso e que a CPU tamén ten un conxunto de cachés que se usan para almacenar na memoria caché os datos da RAM para que a CPU poida acceder a eles máis rápido. Todas estas son características anunciadas, principalmente porque a velocidade e/ou a capacidade é un punto de venda decente e xeralmente afecta aos niveis de rendemento.

En realidade, hai outra capa de memoria. Por moito que poida pensar que a caché L1 está o máis próxima posible ao núcleo de procesamento real, hai outra capa superior na xerarquía de memoria. Estes son os rexistros da CPU. A razón pola que non se anuncian nin se mencionan realmente é que non se modifican en absoluto. Tecnicamente, poderían ser, con todo, o número e o tamaño dos rexistros é en realidade fundamental para a arquitectura. Isto significa que todas as CPU x86-64 teñen o mesmo número de rexistros. Non se comercializan porque non son un punto competitivo.

Que fai un rexistro?

Un rexistro é unha localización de almacenamento dispoñible rapidamente para o procesador. O acceso a un rexistro é inmediato cunha latencia cero, mentres que ata a caché L1 ten unha latencia de ciclos de aproximadamente 4-5 nas CPU modernas. Esta inmediatez de acceso insinúa o caso de uso dos rexistros. Os rexistros úsanse para almacenar as instrucións que está a ser operada activamente pola CPU. Tamén almacenan puntos de datos que se van procesar. Algúns rexistros teñen un propósito xeral, mentres que outros teñen un propósito moi específico. Un exemplo de rexistro de propósito especial sería o contador de programas que é onde o procesador rastrexa a súa posición na secuencia do programa.

Moitos rexistros considéranse accesibles ao usuario. Isto non significa que o usuario dun ordenador poida escoller o valor que lle poñer. Significa que o software en execución pode especificar os datos que se cargarán nestes rexistros. Un número menor de rexistros son internos, o que significa que o software non pode abordalos en absoluto. O rexistro de instrucións, que almacena a instrución que se está a executar actualmente, é un exemplo de rexistro interno.

Rexistrar o cambio de nome

Aínda que unha arquitectura de CPU só pode permitir unha única configuración de rexistros, en realidade hai un pouco de matices para iso. Todas as CPU modernas fan uso do cambio de nome do rexistro. Esta é unha técnica na que podes ter máis rexistros físicos e utilizalos para cargar previamente datos ou almacenar datos relacionados cunha instrución fóra de orde que, doutro xeito, serían sobrescritas. Cando a CPU chega ao punto de precisar os datos nos rexistros adicionais, simplemente cambia o seu nome para que sexa direccionable, ao tempo que fai indireccionable un rexistro previamente direccionable.

O proceso de cambio de nome do rexistro pode ser moi útil para a execución fóra de orde. Por exemplo, se un lugar de memoria está programado para ser lido desde entón e escrito e as instrucións foron executadas nesa orde, isto está ben. Non obstante, se as instrucións se reordenan para realizar a escritura primeiro, a instrución de lectura obtería o valor incorrecto. Para evitar isto, o valor orixinal que se vai ler gárdase nun rexistro non utilizado que despois se renomea cando se procesa a instrución correspondente.

Conclusión

Os rexistros son o nivel máis alto da xerarquía de memoria. Son a única parte directamente direccionable pola CPU e non teñen latencia. Os rexistros úsanse para almacenar os datos que está a executar activamente a CPU. Tamén se utilizan para almacenar outros puntos de datos como o contador do programa que fai un seguimento de que instrución é a seguinte a executar. Hai un número moi limitado de rexistros dispoñibles coa arquitectura x86-64 que ten 16 rexistros de propósito xeral e 16 ou 32 rexistros de punto flotante, dependendo de se admite AVX-512.