อ่าน 6 นาที
รีจิสเตอร์โปรเซสเซอร์
รี จิสเตอร์ของโปรเซสเซอร์ คือตำแหน่งจัดเก็บข้อมูลที่เข้าถึงได้อย่างรวดเร็วซึ่งพร้อมใช้งานสำหรับ โปรเซสเซอร์ ของ คอมพิวเตอร์ [ 1 ] โดยทั่วไปรีจิสเตอร์ประกอบด้วยหน่วย จัดเก็บข้อมูล...
รีจิสเตอร์โปรเซสเซอร์
รีจิสเตอร์ของโปรเซสเซอร์คือตำแหน่งจัดเก็บข้อมูลที่เข้าถึงได้อย่างรวดเร็วซึ่งพร้อมใช้งานสำหรับโปรเซสเซอร์ ของ คอมพิวเตอร์[ 1 ] โดยทั่วไปรีจิสเตอร์ประกอบด้วยหน่วย จัดเก็บข้อมูลความเร็วสูงจำนวนเล็กน้อยแม้ว่ารีจิสเตอร์บางตัวจะมีฟังก์ชันฮาร์ดแวร์เฉพาะ และอาจเป็นแบบอ่านอย่างเดียวหรือเขียนอย่างเดียว ในสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์รีจิสเตอร์มักจะถูกระบุโดยกลไกอื่นที่ไม่ใช่หน่วยความจำหลักแต่ในบางกรณีอาจได้รับการกำหนดที่อยู่หน่วยความจำเช่น DEC PDP-10 , ICT 1900 [ 2 ]
คอมพิวเตอร์เกือบทั้งหมด ไม่ว่าจะใช้สถาปัตยกรรมแบบโหลด/จัดเก็บหรือไม่ก็ตาม จะโหลดข้อมูลจากหน่วยความจำขนาดใหญ่ไปยังรีจิสเตอร์ ซึ่งจะนำไปใช้ในการคำนวณทางคณิตศาสตร์ การดำเนินการแบบบิตและการดำเนินการอื่นๆ รวมถึงถูกประมวลผลหรือทดสอบโดยคำสั่งเครื่องจากนั้น ข้อมูลที่ถูกประมวลผลแล้วมักจะถูกจัดเก็บกลับไปยังหน่วยความจำหลัก ไม่ว่าจะโดยคำสั่งเดียวกันหรือคำสั่งถัดไป โปรเซสเซอร์สมัยใหม่ใช้หน่วยความจำเข้าถึงแบบ สุ่ม (RAM) แบบ คงที่หรือแบบไดนามิก เป็นหน่วยความจำหลัก โดยแบบไดนามิกมักจะเข้าถึงผ่าน แคชหนึ่งระดับหรือมากกว่านั้น
รีจิสเตอร์ของโปรเซสเซอร์โดยปกติจะอยู่บนสุดของลำดับชั้นหน่วยความจำและเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการเข้าถึงข้อมูล คำว่า "รีจิสเตอร์" โดยทั่วไปหมายถึงเฉพาะกลุ่มของรีจิสเตอร์ที่ถูกเข้ารหัสโดยตรงเป็นส่วนหนึ่งของคำสั่ง ตามที่กำหนดโดยชุดคำสั่งอย่างไรก็ตาม ซีพียูประสิทธิภาพสูงในปัจจุบันมักจะมีรีจิสเตอร์ "เชิงสถาปัตยกรรม" เหล่านี้ซ้ำกัน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพผ่านการเปลี่ยนชื่อรีจิสเตอร์ทำให้สามารถ ประมวลผล แบบขนานและแบบคาดการณ์ได้ การออกแบบ x86สมัยใหม่ได้นำเทคนิคเหล่านี้มาใช้ประมาณปี 1995 พร้อมกับการเปิดตัวPentium Pro , Cyrix 6x86 , Nx586และAMD K5
เมื่อโปรแกรมคอมพิวเตอร์เข้าถึงข้อมูลเดียวกันซ้ำๆ กัน เราเรียกว่าหลักความใกล้เคียงของการอ้างอิง (locality of reference ) การเก็บค่าที่ใช้บ่อยไว้ในรีจิสเตอร์มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของโปรแกรมการจัดสรรรีจิสเตอร์นั้นทำได้โดยคอมไพเลอร์ใน ขั้นตอน การสร้างโค้ดหรือโดยโปรแกรมเมอร์ ภาษาแอสเซมบลี ด้วยตนเอง
ขนาด
โดยปกติแล้ว รีจิสเตอร์จะวัดจากจำนวนบิตที่สามารถเก็บได้ เช่นรีจิสเตอร์8 บิต , 32 บิต , 64 บิต , 128 บิตหรือมากกว่านั้น ในชุดคำสั่ง บางชุด รี จิสเตอร์สามารถทำงานในโหมดต่างๆ ได้ โดยแบ่งหน่วยความจำจัดเก็บออกเป็นส่วนย่อยๆ (เช่น 32 บิต เป็น 4 ส่วนย่อย 8 บิต) ซึ่งสามารถโหลดและประมวลผลข้อมูลหลายชุด (เวกเตอร์ หรืออาร์เรย์ข้อมูลหนึ่งมิติ ) พร้อมกันได้ โดยทั่วไปแล้วจะทำได้โดยการเพิ่มรีจิสเตอร์พิเศษที่แมปหน่วยความจำของรีจิสเตอร์เหล่านั้นไปยังรีจิสเตอร์ขนาดใหญ่กว่า โปรเซสเซอร์ที่มีความสามารถในการประมวลผลคำสั่งเดียวกับข้อมูลหลายชุดเรียกว่าโปรเซสเซอร์เวกเตอร์
ประเภท
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
โดยทั่วไปแล้ว โปรเซสเซอร์มักประกอบด้วยรีจิสเตอร์หลายประเภท ซึ่งสามารถจำแนกได้ตามชนิดของค่าที่สามารถจัดเก็บได้ หรือตามคำสั่งที่ใช้กับรีจิสเตอร์เหล่านั้น:
- รีจิสเตอร์ที่ผู้ใช้สามารถเข้าถึงได้นั้นสามารถอ่านหรือเขียนได้ด้วยคำสั่งของเครื่อง การแบ่งประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดของรีจิสเตอร์ที่ผู้ใช้สามารถเข้าถึงได้ คือการแบ่งออกเป็นรีจิสเตอร์ข้อมูลและรีจิสเตอร์ที่อยู่
- รีจิส เตอร์ข้อมูลสามารถเก็บค่าข้อมูลตัวเลขเช่นจำนวนเต็มและในบางสถาปัตยกรรม อาจรวมถึงอักขระอาร์เรย์บิตขนาดเล็กและข้อมูลอื่นๆ ด้วย
- รีจิสเตอร์ที่อยู่จะเก็บที่อยู่และถูกใช้โดยคำสั่งที่เข้าถึงหน่วยความจำหลักโดย
- โปรเซสเซอร์บางตัวมีรีจิสเตอร์ที่อาจใช้สำหรับเก็บที่อยู่หรือเก็บค่าตัวเลข เท่านั้น (ในบางกรณีใช้เป็นรีจิสเตอร์ดัชนี ซึ่งค่าจะถูกบวกเพิ่มเป็นค่าออฟเซ็ตจากที่อยู่บางแห่ง) ในขณะที่โปรเซสเซอร์อื่นๆ อนุญาตให้รีจิสเตอร์เก็บค่าได้ทั้งสองประเภท นอกจากนี้ยังมี โหมดการกำหนดที่อยู่หลากหลายรูป แบบ ซึ่งใช้ในการระบุที่อยู่ที่มีประสิทธิภาพของตัวถูกดำเนินการ
- ตัวชี้ สแต็กและเฟรมใช้สำหรับจัดการสแต็กการเรียก ในบางกรณี สแต็กข้อมูลอื่นๆจะถูกกำหนดแอดเดรสโดยใช้รีจิสเตอร์แอดเดรสเฉพาะ (ดูที่เครื่องสแต็ก )
- ทะเบียนอเนกประสงค์ (GPR ( Generic Register) สามารถจัดเก็บทั้งข้อมูลและที่อยู่ได้ กล่าวคือ เป็นรีจิสเตอร์ที่รวมทั้งข้อมูลและที่อยู่เข้าด้วยกัน ในบางสถาปัตยกรรมไฟล์รีจิสเตอร์จะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้ GPR สามารถจัดเก็บตัวเลขทศนิยมได้ด้วย
- รีจิสเตอร์จุดลอยตัว (FPR) ใช้สำหรับจัดเก็บตัวเลขจุดลอยตัวในสถาปัตยกรรมหลายประเภท
- รีจิสเตอร์ค่าคงที่เก็บค่าแบบอ่านอย่างเดียว เช่น ศูนย์ หนึ่ง หรือพาย
- รีจิสเตอร์เวกเตอร์เก็บข้อมูลสำหรับการประมวลผลเวกเตอร์ที่ดำเนินการโดยSIMD(Single Instruction, Multiple Data)
- รีจิสเตอร์สถานะจะเก็บค่าความจริงซึ่งมักใช้ในการพิจารณาว่าควรหรือไม่ควรดำเนินการคำสั่งใดคำสั่งหนึ่ง
- รีจิสเตอร์เฉพาะทาง ( SPR ) เก็บองค์ประกอบบางส่วนของสถานะโปรแกรมโดยปกติจะรวมถึงตัวนับโปรแกรมหรือที่เรียกว่าตัวชี้คำสั่ง และรีจิสเตอร์สถานะ ตัวนับโปรแกรมและรีจิสเตอร์สถานะอาจรวมกันอยู่ใน รีจิสเตอร์ คำสถานะโปรแกรม (PSW) ตัวชี้สแต็กที่กล่าวถึงข้างต้นบางครั้งก็รวมอยู่ในกลุ่มนี้ด้วย ไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังตัว เช่นไมโครคอนโทรลเลอร์ อาจมี รีจิสเตอร์ฟังก์ชันพิเศษที่สอดคล้องกับองค์ประกอบฮาร์ดแวร์เฉพาะทางด้วย
- รีจิสเตอร์ควบคุม ใช้สำหรับกำหนดพฤติกรรมของ ส่วนประกอบ ต่างๆ ในระบบ เช่นซีพียู
- รีจิสเตอร์เฉพาะรุ่น (หรือเรียกว่ารีจิสเตอร์เฉพาะเครื่อง) จะเก็บข้อมูลและการตั้งค่าที่เกี่ยวข้องกับตัวประมวลผลเอง เนื่องจากความหมายของรีจิสเตอร์เหล่านี้ผูกติดอยู่กับการออกแบบของตัวประมวลผลเฉพาะ จึงไม่คาดว่าค่ามาตรฐานของรีจิสเตอร์เหล่านี้จะคงที่ระหว่างรุ่นของตัวประมวลผล
- รีจิสเตอร์ช่วงประเภทหน่วยความจำ (MTRR)
- รีจิส เตอร์ภายในไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยคำสั่ง และถูกใช้ภายในสำหรับการดำเนินการของโปรเซสเซอร์
- รีจิสเตอร์คำสั่งจะเก็บคำสั่งที่กำลังถูกประมวลผลอยู่ในขณะนั้น
- รีจิสเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับการดึงข้อมูลจากRAMซึ่งเป็นชุดของรีจิสเตอร์จัดเก็บข้อมูลที่อยู่บนชิปแยกต่างหากจาก CPU:
- รีจิสเตอร์บัฟเฟอร์หน่วยความจำ (MBR) หรือที่รู้จักกันในชื่อรีจิสเตอร์ข้อมูลหน่วยความจำ(MDR)
- รีจิสเตอร์ที่อยู่หน่วยความจำ (MAR)
- ทะเบียนสถาปัตยกรรมรีจิสเตอร์เหล่านี้เป็นรีจิสเตอร์ที่ซอฟต์แวร์มองเห็นได้และถูกกำหนดโดยสถาปัตยกรรม อาจไม่ตรงกับฮาร์ดแวร์ทางกายภาพหากฮาร์ดแวร์พื้นฐานทำการเปลี่ยนชื่อรีจิสเตอร์
รีจิสเตอร์ฮาร์ดแวร์ก็คล้ายกัน แต่จะอยู่นอกซีพียู
ในสถาปัตยกรรมบางแบบ (เช่นSPARCและMIPS ) รีจิสเตอร์ตัวแรกหรือตัวสุดท้ายในไฟล์รีจิสเตอร์ จำนวนเต็ม เป็นรีจิสเตอร์เสมือนกล่าวคือ มันถูกกำหนดค่าตายตัวให้ส่งค่าศูนย์กลับมาเสมอเมื่ออ่าน (ส่วนใหญ่เพื่อลดความซับซ้อนของโหมดการจัดทำดัชนี) และไม่สามารถเขียนทับได้ ในAlphaก็มีการใช้หลักการนี้กับไฟล์รีจิสเตอร์จำนวนทศนิยมด้วยเช่นกัน ผลก็คือ ไฟล์รีจิสเตอร์มักจะระบุจำนวนรีจิสเตอร์มากกว่าจำนวนรีจิสเตอร์ที่ใช้งานได้จริงหนึ่งตัว ตัวอย่างเช่น ระบุ 32 รีจิสเตอร์ ในขณะที่มีเพียง 31 รีจิสเตอร์เท่านั้นที่ตรงตามคำจำกัดความของรีจิสเตอร์ข้างต้น
ตัวอย่าง
ตารางต่อไปนี้แสดงจำนวนรีจิสเตอร์ในสถาปัตยกรรม CPU หลักๆ หลายแบบ แม้ว่าสถาปัตยกรรมทั้งหมดที่ระบุไว้ด้านล่างจะแตกต่างกัน แต่เกือบทั้งหมดก็มีโครงสร้างพื้นฐานที่เรียกว่าสถาปัตยกรรมฟอน นอยมันน์ ซึ่งเสนอโดย จอห์น ฟอน นอยมันน์นักคณิตศาสตร์ ชาวฮังการี-อเมริกันนอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าจำนวนรีจิสเตอร์บนGPUนั้นสูงกว่าบน CPU มาก
| สถาปัตยกรรม | รีจิสเตอร์ GPR/ข้อมูล+ที่อยู่ | รีจิสเตอร์ FP | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|
| เอทีแอนด์ที ฮอบบิท | 0 | กองละ 7 | คำสั่งการจัดการข้อมูลทั้งหมดทำงานเฉพาะภายในรีจิสเตอร์เท่านั้น และข้อมูลจะต้องถูกย้ายเข้าไปในรีจิสเตอร์ก่อนที่จะประมวลผล |
| เครย์-1 [ 3 ] | ข้อมูลสเกลาร์ 8 ตัว, แอดเดรส 8 ตัว | 8 สเกลาร์, 8 เวกเตอร์ (64 องค์ประกอบ) | รีจิสเตอร์ข้อมูลแบบสเกลาร์สามารถเป็นจำนวนเต็มหรือทศนิยมได้ นอกจากนี้ยังมีรีจิสเตอร์ T สำหรับเก็บข้อมูลชั่วคราวแบบสเกลาร์ 64 ตัว และรีจิสเตอร์ B สำหรับเก็บข้อมูลที่อยู่ชั่วคราว 64 ตัว |
| 4004 [ 4 ] | 1 ตัวสะสมพลังงาน, 16 ตัวอื่นๆ | 0 | |
| 8008 [ 5 ] | 1 ตัวสะสมพลังงาน, 6 อย่างอื่น | 0 | รีจิสเตอร์ A เป็นตัวสะสมค่าที่ใช้ในการคำนวณทางคณิตศาสตร์ทั้งหมด รีจิสเตอร์ H และ L สามารถใช้ร่วมกันเป็นรีจิสเตอร์ที่อยู่ได้ รีจิสเตอร์ทั้งหมดสามารถใช้เป็นตัวถูกดำเนินการในคำสั่งโหลด/จัดเก็บ/ย้าย/เพิ่มค่า/ลดค่า และเป็นตัวถูกดำเนินการต้นทางในคำสั่งคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้ ไม่มีหน่วยประมวลผลทศนิยม (FPU) |
| 8080 [ 6 ] | ตัวสะสม 1 ตัว, อื่นๆ 6 ตัว, ตัวชี้สแต็ก 1 ตัว | 0 | รีจิสเตอร์ A เป็นตัวสะสมค่าที่ใช้ในการคำนวณทางคณิตศาสตร์ทั้งหมด คู่ของรีจิสเตอร์ B·C, D·E และ H·L สามารถใช้เป็นรีจิสเตอร์ที่อยู่ในคำสั่งบางคำสั่งได้ แต่คำสั่ง ALU สามารถใช้ H·L เป็นตัวชี้ไปยังตัวถูกดำเนินการในหน่วยความจำเท่านั้น รีจิสเตอร์ทั้งหมดสามารถใช้เป็นตัวถูกดำเนินการในคำสั่งโหลด/จัดเก็บ/ย้าย/เพิ่มค่า/ลดค่า และเป็นตัวถูกดำเนินการต้นทางในคำสั่งคำนวณทางคณิตศาสตร์ โปรเซสเซอร์จุดลอยตัวที่ออกแบบมาสำหรับ 8080 ได้แก่ Intel 8231, AMD Am9511 และ Intel 8232 นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้กับZ80และโปรเซสเซอร์ที่คล้ายกันได้ อีกด้วย |
| Z80 [ 7 ] | 17: ตัวสะสม 1 ตัว, อื่นๆ 6 ตัว, ชุดสลับของตัวสะสม 1 ตัวและอื่นๆ 6 ตัว, รีจิสเตอร์ดัชนี 2 ตัว, ตัวชี้สแต็ก 1 ตัว | 0 | Z80 ขยายชุดรีจิสเตอร์จาก 8080 ตัวสะสมและแฟล็กสามารถสลับกับตัวอื่นได้ รีจิสเตอร์อีก 6 ตัวสามารถสลับเป็นกลุ่มกับตัวอื่นได้ รีจิสเตอร์ดัชนีใหม่ (IX หรือ IY บวกค่าชดเชย) โดยทั่วไปสามารถใช้แทน HL ได้ |
| 1802 | ตัวสะสม 8 บิต 1 ตัว, รีจิสเตอร์ 16 บิต 16 ตัว | 0 | รีจิสเตอร์ใดก็ได้สามารถเป็นตัวนับโปรแกรมหรือตัวชี้สแต็กได้ |
| ไอเอพีเอ็กซ์432 | 0 | กองละ 6 ชิ้น | เครื่องเรียงซ้อน |
| 16 บิต x86 [ 8 ] | 8 | กองละ 8 ชิ้น (ถ้ามี FP อยู่) | โปรเซสเซอร์8086/8088 , 80186/80188และ80286หากมี ตัวประมวลผล ร่วม8087 , 80187 หรือ80287 สำหรับการคำนวณเลขทศนิยม จะ รองรับสแต็กของรีจิสเตอร์ที่มีความกว้าง 80 บิต และความลึก 8 บิต โดยคำสั่งบางคำสั่งสามารถใช้รีจิสเตอร์ที่สัมพันธ์กับส่วนบนสุดของสแต็กเป็นตัวดำเนิน การได้ หากไม่มีตัวประมวลผลร่วม จะไม่รองรับรีจิสเตอร์สำหรับการคำนวณเลขทศนิยม |
| IA-32 [ 9 ] | 8 | กองละ 8 ชิ้น (ถ้ามี FP อยู่) 8 (ถ้ามี SSE/MMX อยู่) | โปรเซสเซอร์80386ต้องการโปรเซสเซอร์80387สำหรับการคำนวณเลขทศนิยม โปรเซสเซอร์รุ่นต่อมามีฟังก์ชันคำนวณเลขทศนิยมในตัว โดยทั้งสองแบบมีสแต็กรีจิสเตอร์กว้าง 80 บิต ลึก 8 บิต และคำสั่งบางคำสั่งสามารถใช้รีจิสเตอร์ที่สัมพันธ์กับส่วนบนสุดของสแต็กเป็นตัวดำเนินการได้ โปรเซสเซอร์Pentium IIIและรุ่นต่อมามีSSEพร้อมรีจิสเตอร์ XMM ขนาด 128 บิตเพิ่มเติม |
| x86-64 [ 9 ] [ 10 ] | 16 (หรือ 32 ถ้า มี APX ) | 16 หรือ 32 (หากมี AVX-512 ให้ใช้งาน) | รีจิสเตอร์ FP เป็นรีจิสเตอร์ XMM ขนาด 128 บิต ซึ่งต่อมาขยายเป็นรีจิสเตอร์ YMM ขนาด 256 บิตด้วยAVX/AVX2และรีจิสเตอร์ ZMM0–ZMM31 ขนาด 512 บิตด้วยAVX- 512 [ 11 ] |
| แฟร์ไชลด์ F8 [ 12 ] | 1 ตัวสะสมข้อมูล, 64 รีจิสเตอร์สำหรับบันทึกข้อมูลชั่วคราว, 1 รีจิสเตอร์สำหรับบันทึกข้อมูลชั่วคราวทางอ้อม (ISAR) | 0 | คำสั่งสามารถอ้างอิงรีจิสเตอร์ scratchpad 16 ตัวแรกโดยตรงและสามารถเข้าถึงรีจิสเตอร์ scratchpad ทั้งหมดโดยอ้อมผ่าน ISAR [ 13 ] |
| COP400 [ 14 ] | ตัวสะสม 1 ตัว, ตัวชี้ 1 ตัว | 0 | บางเวอร์ชันในภายหลังมีตัวชี้สแต็กแบบ 2 บิต |
| จีโอเด จีเอ็กซ์ | 1 ข้อมูล, 1 ที่อยู่ | 8 | Geode GX/ Media GX / 4x86 / 5x86คือการจำลองโปรเซสเซอร์ที่เข้ากันได้กับ 486/Pentium ที่ผลิตโดยCyrix / National Semiconductorเช่นเดียวกับTransmetaโปรเซสเซอร์นี้มีเลเยอร์การแปลที่แปลงโค้ด x86 เป็นโค้ดเนทีฟและประมวลผล มันไม่รองรับรีจิสเตอร์ SSE 128 บิต รองรับเฉพาะสแต็ก 80387 ของรีจิสเตอร์จุดลอยตัว 80 บิตแปดตัว และรองรับ3DNow!จาก AMD เพียงบางส่วน โปรเซสเซอร์เนทีฟมีรีจิสเตอร์ข้อมูลเพียง 1 ตัวและรีจิสเตอร์ที่อยู่ 1 ตัวสำหรับทุกวัตถุประสงค์ และจะถูกแปลงเป็นเส้นทาง 4 เส้นทางของรีจิสเตอร์ชื่อ 32 บิต r1 (ฐาน), r2 (ข้อมูล), r3 (ตัวชี้กลับ) และ r4 (ตัวชี้สแต็ก) ภายใน SRAM แบบ scratchpad สำหรับการดำเนินการจำนวนเต็ม |
| ซันพลัส μ'nSP | 8 (sp, r1-r4, bp, sr, pc) | 0 | หน่วยประมวลผล 16 บิตจากบริษัท Sunplus Technology ของไต้หวัน ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องเล่นเกมเพื่อการศึกษาตระกูล V.Smile ของ VTech รวมถึงเกมเสียบปลั๊กสำหรับทีวีและเครื่องเล่นเกมยี่ห้ออื่นๆ อีกมากมายตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษ 2000 เป็นต้นมา |
| วีเอ็ม แล็บส์ นูออน | 0 | 1 | โปรเซสเซอร์แบบสแต็กแมชชีน 32 บิตที่พัฒนาโดยVM Labsและมีความเชี่ยวชาญด้านมัลติมีเดีย สามารถพบได้ในเครื่องเล่นเกมคอนโซล DVD รุ่น Nuon ของบริษัทเอง และเครื่องเล่นเกม Game Wave Family Entertainment System จาก ZaPit Games การออกแบบได้รับอิทธิพลอย่างมากจากเทคโนโลยี MMX ของ Intel โดยมีแคชสแต็กแบบรวมขนาด 128 ไบต์สำหรับทั้งคำสั่งเวกเตอร์และสเกลาร์ แคชแบบรวมนี้สามารถแบ่งออกเป็นรีจิสเตอร์เวกเตอร์ 128 บิตแปดตัว หรือรีจิสเตอร์สเกลาร์ SIMD 32 บิตสามสิบสองตัวผ่านการเปลี่ยนชื่อธนาคาร ไม่มีรีจิสเตอร์จำนวนเต็มในสถาปัตยกรรมนี้ |
| นิออสที่ 2 [ 15 ] [ 16 ] | 31 | 8 | Nios II ใช้ชุดคำสั่ง MIPS IV เป็นพื้นฐาน และมีรีจิสเตอร์ GPR ขนาด 32 บิต จำนวน 31 ตัว โดยรีจิสเตอร์หมายเลข 0 ถูกกำหนดค่าตายตัวเป็นศูนย์ และมีรีจิสเตอร์สำหรับคำนวณเลขทศลอยขนาด 64 บิต จำนวน 8 ตัว |
| Motorola 6800 [ 17 ] | ตัวสะสม 2 ตัว, ดัชนี 1 ตัว, สแต็ก 1 ตัว | 0 | |
| Motorola 68k [ 18 ] | 8 ข้อมูล (d0–d7), 8 ที่อยู่ (a0–a7) | 8 (ถ้ามี FP อยู่) | รีจิสเตอร์แอดเดรส 8 (a7) คือตัวชี้สแต็ก โปรเซสเซอร์ 68000, 68010, 68012, 68020 และ 68030 ต้องการหน่วยประมวลผลทศนิยม (FPU) สำหรับการคำนวณจุดลอยตัว ส่วนโปรเซสเซอร์ 68040 มี FPU ในตัว รีจิสเตอร์ FP มีขนาด 80 บิต |
| MSP430 [ 19 ] | 13 | 0 | รีจิสเตอร์อเนกประสงค์ 13 ตัว รวมถึงตัวชี้สแต็ก อื่นๆ ได้แก่ ตัวนับโปรแกรม รีจิสเตอร์สถานะ และตัวสร้างค่าคงที่ |
| ซูเปอร์เอช | 16 | 6 | เวอร์ชันคำสั่ง 16 บิต (ก่อน SH-5) |
| เครื่องยนต์แห่งอารมณ์ | 3(VU0)+ 32(VU1) | 32 SIMD (รวมอยู่ใน UV1) + เวกเตอร์ 2 × 32 (ตัวประมวลผลร่วมเวกเตอร์เฉพาะที่อยู่ใกล้กับ GPU) | ส่วนหลักของ Emotion Engine (VU0) คือแกนประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) ทั่วไปที่ได้รับการดัดแปลงอย่างมากเพื่อใช้ในงานพื้นหลังทั่วไป โดยประกอบด้วยตัวสะสมข้อมูล 64 บิตหนึ่งตัว รีจิสเตอร์ข้อมูลทั่วไปสองตัว และตัวนับโปรแกรม 32 บิตหนึ่งตัว ส่วนแกนประมวลผล MIPS III ที่ได้รับการดัดแปลง (VU1) ใช้สำหรับข้อมูลเกมและการควบคุมโปรโตคอล โดยประกอบด้วยรีจิสเตอร์อเนกประสงค์ 32 บิตจำนวน 32 ตัวสำหรับการคำนวณจำนวนเต็ม และรีจิสเตอร์ SIMD 128 บิตจำนวน 32 ตัวสำหรับจัดเก็บคำสั่ง SIMD ค่าข้อมูลแบบสตรีมมิ่ง และค่าการคำนวณจำนวนเต็มบางส่วน รวมถึงรีจิสเตอร์ตัวสะสมข้อมูลหนึ่งตัวสำหรับเชื่อมต่อการคำนวณจุดลอยตัวทั่วไปกับไฟล์รีจิสเตอร์เวกเตอร์บนโคโปรเซสเซอร์ ตัวประมวลผลร่วมถูกสร้างขึ้นโดยใช้ไฟล์รีจิสเตอร์เวกเตอร์ 32 รายการ ขนาด 128 บิต (สามารถจัดเก็บเฉพาะค่าเวกเตอร์ที่ส่งผ่านจากตัวสะสมในซีพียูเท่านั้น) และไม่มีรีจิสเตอร์จำนวนเต็มในตัว ทั้งตัวประมวลผลร่วมเวกเตอร์ (VPU 0/1) และโมดูลประมวลผลหลักทั้งหมดของ Emotion Engine (VU0 + VU1 + VPU0 + VPU1) ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ชุดคำสั่ง MIPS ที่ได้รับการดัดแปลง ในกรณีนี้ ตัวสะสมไม่ใช่ตัวสะสมอเนกประสงค์ แต่เป็นตัวสะสมสถานะควบคุม |
| CUDA [ 20 ] | ปรับแต่งได้ สูงสุด 255 ต่อเธรด | รุ่นก่อนหน้าอนุญาตให้มีรีจิสเตอร์ได้สูงสุด 127/63 ตัวต่อเธรด ( เทสลา / เฟอร์มิ ) ยิ่งมีการกำหนดค่ารีจิสเตอร์ต่อเธรดมากเท่าใด จำนวนเธรดที่สามารถทำงานพร้อมกันได้ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น รีจิสเตอร์มีความกว้าง 32 บิต ดังนั้น ตัวเลข จุดลอยตัวแบบความแม่นยำสองเท่าและตัวชี้ 64 บิตจึงต้องใช้รีจิสเตอร์สองตัว นอกจากนี้ยังมีรีจิสเตอร์เงื่อนไขได้สูงสุด 8 ตัวต่อเธรด[ 21 ] | |
| ซีรีส์ CDC 6000 [ 22 ] | 16 | 8 | รีจิสเตอร์ 'A' จำนวน 8 ตัว (A0–A7) เก็บค่าแอดเดรสขนาด 18 บิต; รีจิสเตอร์ 'B' จำนวน 8 ตัว (B0–B7) เก็บค่าจำนวนเต็มขนาด 18 บิต (โดย B0 ถูกตั้งค่าเป็นศูนย์ตลอดเวลา); รีจิสเตอร์ 'X' จำนวน 8 ตัว (X0–X7) เก็บข้อมูลจำนวนเต็มหรือข้อมูลทศนิยมขนาด 60 บิต รีจิสเตอร์ A ขนาด 18 บิตจำนวน 7 ตัวจากทั้งหมด 8 ตัวเชื่อมต่อกับรีจิสเตอร์ X ที่เกี่ยวข้อง: การตั้งค่ารีจิสเตอร์ A1–A5 ใดๆ จะทำให้ค่าของแอดเดรสนั้นถูกโหลดไปยังรีจิสเตอร์ X ที่เกี่ยวข้อง ในทำนองเดียวกัน การตั้งค่าแอดเดรสลงในรีจิสเตอร์ A6 หรือ A7 จะทำให้ค่าถูกบันทึกไปยังตำแหน่งนั้นในหน่วยความจำจาก X6 หรือ X7 (รีจิสเตอร์ A0 และ X0 ไม่ได้เชื่อมต่อกันแบบนี้) |
| ระบบ/360 , [ 23 ]ระบบ/370 , [ 24 ]ระบบ/390 , z/สถาปัตยกรรม[ 25 ] | 16 | 4 (ถ้ามี FP); 16 ในรุ่น G5 และรุ่น S/390 รุ่นต่อมา และ z/Architecture | FP เป็นตัวเลือกใน System/360 และมีอยู่เสมอใน S/370 และรุ่นต่อมา ในโปรเซสเซอร์ที่มี Vector Facility จะมีรีจิสเตอร์เวกเตอร์ 16 ตัวซึ่งมีจำนวนองค์ประกอบ 32 บิตที่ขึ้นอยู่กับเครื่อง[ 26 ]รีจิสเตอร์บางตัวถูกกำหนดวัตถุประสงค์ที่แน่นอนโดยข้อตกลงการเรียกใช้ตัวอย่างเช่น รีจิสเตอร์ 14 ใช้สำหรับที่อยู่ส่งคืนของซับรูทีน และสำหรับELF ABI รีจิสเตอร์ 15 ใช้เป็นตัวชี้สแต็ก โปรเซสเซอร์ S/390 G5 เพิ่มจำนวนรีจิสเตอร์จุดลอยตัวเป็น 16 ตัว[ 27 ] |
| MMIX [ 28 ] | 256 | 256 | ชุดคำสั่งที่ออกแบบโดยDonald Knuthในช่วงปลายทศวรรษ 1990 เพื่อวัตถุประสงค์ทางการศึกษา |
| NS320xx [ 29 ] | 8 | 8 (ถ้ามี FP อยู่) | |
| เร่งความเร็ว X10 | 1 | 32 | โปรเซสเซอร์เครือข่ายแบบ Stack Machine ขนาด 32/40 บิต พร้อมชุดคำสั่ง MIPS ที่ได้รับการดัดแปลง และหน่วยประมวลผลทศลอยขนาด 128 บิต |
| ใบพัดพาราแลกซ์ | 0 | 2 | ตัวควบคุมเครื่องจักรแบบสไลซ์สแต็ก 8 คอร์ 8/16 บิต พร้อมวงจรลอจิกอย่างง่ายภายใน มีตัวนับ cog 8 ตัว (คอร์) แต่ละตัวประกอบด้วยรีจิสเตอร์ควบคุมพิเศษ 8/16 บิตสามตัว พร้อม RAM สแต็กขนาด 32 บิต x 512 อย่างไรก็ตาม ไม่มีรีจิสเตอร์ทั่วไปสำหรับวัตถุประสงค์ในการคำนวณจำนวนเต็ม แตกต่างจากไฟล์รีจิสเตอร์เงาในโปรเซสเซอร์สมัยใหม่และ ระบบ มัลติคอร์ส่วนใหญ่ RAM สแต็กทั้งหมดใน cog สามารถเข้าถึงได้ในระดับคำสั่ง ซึ่งช่วยให้ cog เหล่านี้ทั้งหมดทำงานเป็นคอร์อเนกประสงค์เดียวได้หากจำเป็น หน่วยประมวลผลจุดลอยตัวอยู่ภายนอกและประกอบด้วยรีจิสเตอร์เวกเตอร์ 80 บิตสองตัว |
| อิทาเนียม[ 30 ] | 128 | 128 | และมีรีจิสเตอร์เงื่อนไข 1 บิตจำนวน 64 ตัว และรีจิสเตอร์สาขาจำนวน 8 ตัว ส่วนรีจิสเตอร์จุดลอยตัวมีขนาด 82 บิต |
| SPARC [ 31 ] | 31 | 32 | รีจิสเตอร์ส่วนกลาง 0 ถูกกำหนดค่าตายตัวเป็น 0 ใช้หน้าต่างรีจิสเตอร์ (register windows ) |
| ไอบีเอ็ม พาวเวอร์ | 32 | 32 | นอกจากนี้ยังรวมถึงรีจิสเตอร์เชื่อมโยง รีจิสเตอร์นับ และรีจิสเตอร์ผลหารคูณ (MQ) ด้วย |
| PowerPC / Power ISA [ 32 ] | 32 | 32 | นอกจากนี้ยังมีรีจิสเตอร์เชื่อมโยงและรีจิสเตอร์นับจำนวน โปรเซสเซอร์ที่รองรับฟังก์ชันเวกเตอร์ยังมีรีจิสเตอร์เวกเตอร์ขนาด 128 บิต จำนวน 32 ตัว |
| แบล็กฟิน[ 33 ] | 8 ข้อมูล, 2 ตัวสะสม, 6 ที่อยู่ | 0 | นอกจากนี้ยังมีตัวชี้สแต็กและตัวชี้เฟรมรวมอยู่ด้วย มีการใช้รีจิสเตอร์เพิ่มเติมเพื่อสร้างลูปที่ไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมและ DAG (ตัวสร้างที่อยู่ข้อมูล) บัฟเฟอร์แบบวงกลม |
| IBM Cell SPE | 128 | รีจิสเตอร์อเนกประสงค์ 128 ตัว ซึ่งสามารถเก็บค่าจำนวนเต็ม ที่อยู่ หรือค่าจุดลอยตัวได้[ 34 ] | |
| พีดีพี-10 | 16 | รีจิสเตอร์ทั้งหมดสามารถใช้งานได้ทั่วไป (จำนวนเต็ม, ทศนิยม, ตัวชี้สแต็ก, การกระโดด, การกำหนดดัชนี ฯลฯ) แต่ละคำในหน่วยความจำ (หรือรีจิสเตอร์) ขนาด 36 บิต สามารถประมวลผลได้เหมือนครึ่งคำ ซึ่งสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นแอดเดรส (18 บิต) การตีความคำแบบอื่น ๆ ถูกใช้โดยคำสั่งบางอย่าง ในโปรเซสเซอร์ PDP-10 รุ่นแรก GPR ทั้ง 16 ตัวนี้ยังสอดคล้องกับตำแหน่งหน่วยความจำหลัก (เช่นคอร์ ) 0–15 ด้วย ตัวเลือกฮาร์ดแวร์ที่เรียกว่า "หน่วยความจำเร็ว" (fast memory) ได้นำรีจิสเตอร์มาใช้เป็น IC แยกต่างหาก และการอ้างอิงถึงตำแหน่งหน่วยความจำ 0–15 จะอ้างอิงถึงรีจิสเตอร์ของ IC รุ่นต่อมาได้นำรีจิสเตอร์มาใช้เป็น "หน่วยความจำเร็ว" และยังคงทำให้ตำแหน่งหน่วยความจำ 0–15 อ้างอิงถึงรีจิสเตอร์เหล่านั้น คำสั่งการเคลื่อนย้ายใช้ตัวถูกดำเนินการ(รีจิสเตอร์, หน่วยความจำ)MOVE 1,2คือ การเคลื่อนย้ายจากรีจิสเตอร์ไปยังรีจิสเตอร์ และ คือ การเคลื่อน ย้ายMOVE 1,1000จากหน่วยความจำไปยังรีจิสเตอร์ | |
| พีดีพี-11 | 7 | 6 (หากมี FPP อยู่) | R7 คือตัวนับโปรแกรม รีจิสเตอร์ใดก็ได้สามารถเป็นตัวชี้สแต็กได้ แต่ R6 ใช้สำหรับการขัดจังหวะและการดักจับของฮาร์ดแวร์ |
| VAX [ 35 ] | 16 | รีจิสเตอร์อเนกประสงค์ใช้สำหรับค่าทศนิยมด้วยเช่นกัน รีจิสเตอร์สามตัวมีหน้าที่พิเศษ ได้แก่ R12 (ตัวชี้อาร์กิวเมนต์), R13 (ตัวชี้เฟรม) และ R14 (ตัวชี้สแต็ก) ในขณะที่ R15 หมายถึงตัวนับโปรแกรม | |
| อัลฟา[ 36 ] | 31 | 31 | รีจิสเตอร์ R31 (จำนวนเต็ม) และ F31 (จำนวนทศนิยม) ถูกกำหนดค่าตายตัวเป็นศูนย์ |
| 6502 | 1 ตัวสะสม, 2 ดัชนี, 1 สแต็ก | 0 | รีจิสเตอร์ A (ตัวสะสม) เป็นปลายทางสำหรับการดำเนินการทั้งหมดของ ALU X และ Y เป็นรีจิสเตอร์ดัชนีทางอ้อมและทางตรง (ตามลำดับ) รีจิสเตอร์ S (ตัวชี้สแต็ก) ชี้ไปยังด้านบนสุดของสแต็ก |
| W65C816S | 1 | 0 | 65c816 เป็นรุ่น 16 บิตที่สืบทอดมาจาก 6502 X, Y และ D (รีจิสเตอร์ Direct Page) เป็นรีจิสเตอร์เงื่อนไข และรีจิสเตอร์ SP เป็นดัชนีเฉพาะเท่านั้น ตัวสะสมหลักขยายเป็น 16 บิต (C) [ 37 ]ในขณะที่ยังคง 8 บิต (A) ไว้เพื่อความเข้ากันได้ และรีจิสเตอร์หลักสามารถเข้าถึงข้อมูลได้สูงสุดถึง 24 บิต (คำสั่งข้อมูลกว้าง 16 บิต/ที่อยู่หน่วยความจำ 24 บิต) |
| เมพี | 4 | 8 | โปรเซสเซอร์ Media-embedded เป็นโปรเซสเซอร์ 32 บิตที่พัฒนาโดยโตชิบาโดยใช้ชุดคำสั่ง 8080 ที่ได้รับการดัดแปลง มีเพียงรีจิสเตอร์ A, B, C และ D เท่านั้นที่ใช้งานได้ในทุกโหมด (8/16/32 บิต) ไม่สามารถใช้งานร่วมกับสถาปัตยกรรม x86 ได้ แต่มีหน่วยประมวลผลจุดลอยตัว 80 บิตที่ใช้งานร่วมกับ x87 ได้ |
| ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC | 1 | 0 | สถาปัตยกรรม PIC พื้นฐานไม่มีกลไกในการจัดทำดัชนีหน่วยความจำ |
| ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR | 32 | 0 | |
| ARM 32 บิต (ARM/A32, Thumb-2/T32) | 14 | แตกต่างกันไป (สูงสุด 32) | r15 คือตัวนับโปรแกรม และไม่สามารถใช้เป็นตัวนับทั่วไปได้ r13 คือตัวชี้สแต็ก r8–r13 สามารถสลับกับตัวอื่นได้ (banked) บนสวิตช์โหมดโปรเซสเซอร์ เวอร์ชันเก่ากว่ามีการกำหนดแอดเดรส 26 บิต[ 38 ]และใช้บิตบนของตัวนับโปรแกรม (r15) สำหรับแฟล็กสถานะ ทำให้ตัวนับนั้นเป็น 32 บิต |
| ARM 32 บิต (นิ้วโป้ง) | 8 | 16 | Thumb เวอร์ชัน 1 ซึ่งรองรับเฉพาะการเข้าถึงรีจิสเตอร์ r0 ถึง r7 เท่านั้น[ 39 ] |
| ARM 64 บิต (A64) [ 40 ] | 31 | 32 | รีจิสเตอร์ r31 คือตัวชี้สแต็ก หรือถูกกำหนดค่าตายตัวเป็น 0 ขึ้นอยู่กับบริบท |
| MIPS [ 41 ] | 31 | 32 | รีจิสเตอร์จำนวนเต็ม 0 ถูกกำหนดค่าตายตัวไว้ที่ 0 |
| RISC-V [ 42 ] | 31 | 32 | รีจิสเตอร์จำนวนเต็ม 0 ถูกกำหนดค่าตายตัวไว้ที่ 0 รุ่น RV32E ซึ่งออกแบบมาสำหรับระบบที่มีทรัพยากรจำกัดมาก มีรีจิสเตอร์จำนวนเต็ม 15 ตัว |
| เอพิฟานี | 64 (ต่อแกน) [ 43 ] | คำสั่งแต่ละคำสั่งจะควบคุมว่ารีจิสเตอร์จะถูกตีความว่าเป็นจำนวนเต็มหรือเลขทศนิยมความแม่นยำเดี่ยว สถาปัตยกรรมนี้สามารถปรับขนาดได้ถึง 4096 คอร์ โดยปัจจุบันมีรุ่น 16 และ 64 คอร์ให้เลือกใช้งาน | |
การใช้งาน
จำนวนรีจิสเตอร์ที่มีอยู่บนโปรเซสเซอร์และการดำเนินการที่สามารถทำได้โดยใช้รีจิสเตอร์เหล่านั้น มีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของโค้ดที่สร้างโดยคอมไพเลอร์ที่ปรับแต่งประสิทธิภาพ ค่า Strahler numberของ expression tree จะแสดงจำนวนรีจิสเตอร์ขั้นต่ำที่จำเป็นในการประเมิน expression tree นั้น
ดูเพิ่มเติม
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ รีจิสเตอร์โปรเซสเซอร์
รี จิสเตอร์ของโปรเซสเซอร์ คือตำแหน่งจัดเก็บข้อมูลที่เข้าถึงได้อย่างรวดเร็วซึ่งพร้อมใช้งานสำหรับ โปรเซสเซอร์ ของ คอมพิวเตอร์ [ 1 ] โดยทั่วไปรีจิสเตอร์ประกอบด้วยหน่วย จัดเก็บข้อมูล...
ขนาด
โดยปกติแล้ว รีจิสเตอร์จะวัดจากจำนวน บิต ที่สามารถเก็บได้ เช่น รี จิสเตอร์ 8 บิต , 32 บิต , 64 บิต , 128 บิต หรือมากกว่านั้น ใน ชุดคำสั่ง บางชุด รี จิ สเตอร์สามารถทำงานในโหมดต่างๆ ได้ โดยแบ่งหน่วยความจำจัดเก็บออกเป็นส่วนย่อยๆ (เช่น 32 บิต เป็น 4 ส่วนย่อย 8...
ประเภท
โดยทั่วไปแล้ว โปรเซสเซอร์มักประกอบด้วยรีจิสเตอร์หลายประเภท ซึ่งสามารถจำแนกได้ตามชนิดของค่าที่สามารถจัดเก็บได้ หรือตามคำสั่งที่ใช้กับรีจิสเตอร์เหล่านั้น:
ตัวอย่าง
ตารางต่อไปนี้แสดงจำนวนรีจิสเตอร์ในสถาปัตยกรรม CPU หลักๆ หลายแบบ แม้ว่าสถาปัตยกรรมทั้งหมดที่ระบุไว้ด้านล่างจะแตกต่างกัน แต่เกือบทั้งหมดก็มีโครงสร้างพื้นฐานที่เรียกว่า สถาปัตยกรรมฟอน นอยมันน์ ซึ่งเสนอโดย จอห์น ฟอน นอยมันน์ นักคณิตศาสตร์...