Memory Hierarchy - 为什么寄存器很贵？

Question

我明白那个:

更快 访问时间> 更多 昂贵的

较慢 访问时间> 减 昂贵的

我也明白寄存器是层次结构的顶部，并且具有最快的访问时间。我很难研究的是为什么它这么贵？据我所知，寄存器实际上是直接内置在 ALU 中的电路。如果它们确实内置在 CPU 中(尤其是 ALU)，那么实际上是什么使它最昂贵？

是大小吗(当然，寄存器是最小的)？

Answer 1

寄存器非常非常昂贵，因为它们必须非常非常快，并且需要同时从多个地方访问。

例如，如果您有语句 a = a + x; b = b + x; c = c + x;你有三个指令都想读取同一个寄存器。所以寄存器不仅仅是内存。还有所有需要在处理器中的数据路径，因此可以将保存 x 的寄存器中的相同数据同时发送到三个指令。并且数据可以去很多很多地方。如果你写 double a = x;而x是一个整数，那么一定有一条数据路径将寄存器x发送到浮点单元。或向量单位。等等。

那么你有一个问题，不仅你需要存储数据，你还必须确保它是可用的。如果你写 x = y + z; a = a + x;当第一条指令运行时，有人必须跟踪保存 x 的寄存器现在是无效的，直到存储加法的结果，并停止第二条加法的运行。那是 super 贵。

因此，构建寄存器不仅仅是添加一点内存，而且需要为此付费。寄存器对处理器的速度非常重要，以至于使用最昂贵和最快的技术来构建它们。