O que é um Cadastro?

Se você não estiver particularmente interessado em computadores, será perdoado por presumir que as únicas formas de memória em um computador são o disco rígido e a RAM. Aqueles de vocês com interesse em computadores provavelmente saberiam que este não é o caso, e que a CPU também possui um conjunto de caches que são usados ​​para armazenar dados da RAM para que a CPU possa acessá-los mais rapidamente. Todos esses são recursos anunciados, principalmente porque a velocidade e/ou capacidade é um ponto de venda decente e geralmente afeta os níveis de desempenho.

Na verdade, existe uma outra camada de memória. Por mais que você pense que o cache L1 está o mais próximo possível do núcleo de processamento real, há outra camada superior na hierarquia de memória. Estes são os registradores da CPU. A razão pela qual eles não são realmente anunciados ou mencionados é que eles não foram realmente alterados. Tecnicamente, eles poderiam ser, no entanto, o número e o tamanho dos registradores são realmente fundamentais para a arquitetura. Isso significa que todas as CPUs x86-64 têm o mesmo número de registros. Eles não são comercializados porque não são um ponto concorrente.

O que faz um registrador?

Um registrador é um local de armazenamento rapidamente disponível para o processador. O acesso a um registro é imediato com latência zero, enquanto até o cache L1 tem uma latência de aproximadamente 4-5 ciclos nas CPUs modernas. Esse imediatismo de acesso sugere o caso de uso de registradores. Os registradores são usados ​​para armazenar as instruções que estão sendo operadas ativamente pela CPU. Eles também armazenam pontos de dados que devem ser processados. Alguns registradores são de uso geral, enquanto outros têm um propósito muito específico. Um exemplo de registrador de propósito especial seria o contador de programa, onde o processador rastreia sua posição em sua sequência de programa.

Muitos registradores são considerados acessíveis ao usuário. Isso não significa que o usuário de um computador possa escolher qual valor colocar neles. Isso significa que o software em execução pode especificar os dados a serem carregados nesses registradores. Um número menor de registradores é interno, o que significa que o software não pode endereçá-los. O registrador de instrução, que armazena a instrução que está sendo executada no momento, é um exemplo de registrador interno.

Registrar renomeação

Embora uma arquitetura de CPU possa permitir apenas uma única configuração de registradores, na verdade há algumas nuances nisso. Todas as CPUs modernas usam renomeação de registradores. Essa é uma técnica em que você pode ter mais registradores físicos e usá-los para pré-carregar dados ou armazenar dados relacionados a uma instrução fora de ordem que, de outra forma, teria sido substituída. Quando a CPU chega ao ponto de precisar dos dados nos registradores extras, ela simplesmente os renomeia para que sejam endereçáveis, ao mesmo tempo em que torna um registrador endereçável anteriormente não endereçável.

O processo de renomeação de registradores pode ser muito útil para execução fora de ordem. Por exemplo, se um local de memória é programado para ser lido e gravado, e as instruções foram executadas nessa ordem, tudo bem. Se, no entanto, as instruções forem reordenadas para executar a gravação primeiro, a instrução de leitura obterá o valor errado. Para evitar isso, o valor original a ser lido é armazenado em um registrador não utilizado, que é então renomeado quando a instrução relevante está sendo processada.

Conclusão

Os registradores são o nível mais alto na hierarquia de memória. Eles são a única parte diretamente endereçável pela CPU e não possuem latência. Os registradores são usados ​​para armazenar os dados que estão sendo executados ativamente pela CPU. Eles também são usados ​​para armazenar outros pontos de dados, como o contador de programa, que rastreia qual instrução é a próxima a ser executada. Números muito limitados de registros estão disponíveis com a arquitetura x86-64 com 16 registros de uso geral e 16 ou 32 registros de ponto flutuante, dependendo se o AVX-512 é suportado.