Regiszter (számítástechnika)
A Wikipédiából, a szabad lexikonból.
A regiszterek a számítógépek központi feldolgozó egységeinek (CPU-inak), illetve mikroprocesszorainak gyorsan írható-olvasható, ideiglenes tartalmú, és általában egyszerre csak 1 gépi szó (rövid karakterlánc, 1-2 szó ált. 2-4 bájt) raktározására alkalmas tárolóegységei.
A regiszterek felépülhetnek statikus memóriaelemekből (pl. billenőáramkörökből (= flip-flop áramkör)) vagy egy RAM memória részeként. Néhány géptípusnál egyetlen chipben mind a két megoldást alkalmazzák. Egy-egy regiszter hozzáférési ideje általában kb. néhányszor 10 ns (10-8 másodperc).
A legtöbb mai processzor tartalmaz 10-1000 általános regisztert, és ezen kívül jó néhány féle, szigorúan adott funkciót ellátó, speciális célú dedikált regisztert. A főbb dedikált regiszter-típusok: akkumulátorregiszter (a processzor által végzett művelet bemenő adatait tárolja), címregiszterek vagy számláló regiszterek, állapotregiszterek stb.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] Központi egység
A sok regiszterrel rendelkező központi egységekben (CPU) a regiszterek halmaza tulajdonképpen valami gyors működésű tárként fogható fel, amely a központi egység és a tényleges operatív tár közötti adatcserét igyekszik gyorsítani.
A gyors működésű regiszterek mintájára a legtöbb gépet továbbfejlesztették, ami más szóval azt jelenti, hogy az operatív tár sem egységes. Általában kis kapacitású, de rövidebb elérési idejű gyorsítótárból és az eredeti operatív tárból épül fel.
A két tároló között legalább egy nagyságrend sebességkülönbség van, ugyanakkor a gyorstárak jóval drágábbak (viszont még mindig olcsóbbak, mint a regiszterek). A gyorsítótárat az egyes gyártó cégek általában saját elnevezésükkel látták el (buffer, cache, scratch pad stb.). A gyorsítótár kezelése erősen eltérő. Van, ahol a felhasználó is hozzáfér legalább egy részéhez, de sok esetben csak az operációs rendszer végzi az adatmozgatást a gyors és a normál operatív tár között.
A processzor közvetlenül csak a gyorsítótárból dolgozik, s ha a hivatkozott adat nincs ott, a felhasználást egy implicit adatátvitel előzi meg az operatív tár és a gyorsítótár között. A rendszer teljesítménye szempontjából meghatározó a gyorsítótár találati valószínűsége. A mérések azt mutatják, hogy a találati valószínűség 5 %-os növelése a processzor utasítás-végrehajtási sebességét mintegy 25 %-kal is javíthatja.
A gyorsítótárak gyorsító szerepének alapja a lokalitás elve: a számítógépes algoritmusokra jellemző, hogy viszonylag hosszú ideig foglalkoznak az operatív tár egy szűk környezetével.
Visszatérve a regiszterekre: a regiszterek általában nagyobb egységet alkotnak, melyeket regisztertáraknak nevezünk. Fontos, hogy a regisztertárak megfeleljenek a velük szemben állított elvárásoknak. Ilyen követelmény lehet pl.: a regisztertár általános volta, vagyis, hogy a tár általánosan felhasználható regisztereket tartalmazzon, vagy hogy minél több regisztert tartalmazzon (100-500), hogy támogassa a 3 címes elérési formát, avagy legyen képes egyszerre az első operandus (az első művelethez szükséges adat), a második operandus, ill. az eredmény címét is értelmezni; meghatározni. A regisztertárak tartalmának koordinálására több módszert alkalmaznak, melyek a követkelők lehetnek:
- nagy méretű regisztertár átlapolható ablaktechnikával (Sun Sparc processzorok) a regisztertár mérete meghatározott nagyságú, 2 valamely hatványa,a processzor számára látható tartományok kezdetét a CWP (current window pointer) jelzi.
- nagy méretű regisztertárak átlapolható ablakok nélkül, regiszterbankokkal AMD 29000 széria a processzor számára látható tartományok kezdetét a CBP (current bank pointer) jelöli.
- nagyobb, lineáris regisztertár (i80960)
- kisebb lineáris regisztertár (MIPS-R MC88000);
[szerkesztés] Ablaktechnika
A regisztertárak csoportokra - ablakokra - vannak osztva, melyek segítségével sokban megkönnyebbül az adatok "átvitele". Tegyük fel, hogy a regisztertár processzor számára látható tartományát négy ablakra osztjuk, s minden ablakban 8 regiszter található. Az első ablakban található 8 regiszter a globális változók tömbje, vagyis minden progam használhatja. Van olyan konstrukció, melyben a 0. regiszterben fixen huzalozott (áramkörileg meghatározott) módon a nulla számkonstans található. A 2. 8 regisztert a kimenő változók tömbje, a 3. a lokális -helyi- változók tömbje, míg a 4. a bejövő, vagyis input változók tömbje. a 2. ill 4. tömb utolsó regisztere(r15,r31) a szubrutin (egy futó programból hívott alprogram) visszatérési értékeit(a kiinduló program szubrutinhívást követő utasításának címe, és adatai) tárolja. Az ablakok fontos jellemzője, hogy a bennük tárolt értékek adatátvitel nélkül az ablak kezdetére mutató pointer megváltoztatásával történik.
[szerkesztés] Blokktechnika
Az ablaktechnika hátrányait hivatott kijavítani,(merthogy az ablakok nagysága meghatározott, s néha túl nagy vagy túl kicsi) de további problémákat vetett fel. A blokkok méretét ugyanis ellenőrizni kell, ügyelve a túlcsordulásra (overflow - mikor egy adott adatmennyiség a rendelkezésre álló tárolóhelyen nem fér el; túlcsordul) s ez olyan figyelőrendszer létét igényli, melynek kialakítása több plusz igénnyel rendelkezik, mint az ablaktechnikákból adódó kellemetlenségek.
[szerkesztés] Regisztertípusok (funkció szerint)
[szerkesztés] Akkumulátor-regiszter
Az akkumulátor-regiszter az aritmetikai-logikai műveletek operandusait, vagyis a műveletek tárgyát képező mennyiségeket vagy azoknak az eredményeit tárolja. A korszerű számítógépekben az akkumulátor helyett már egy vagy több regisztertömb van, amelyben akár 512 regiszter is elhelyezkedhet. Így csökkenthető a tárhozfordulások száma, illetve növelhető a végrehajtás sebessége.
[szerkesztés] Adatszámláló regiszter
Az adatok kiolvasásakor vagy beírásakor azonosított memóriarekesz címét tárolja. Mérete függ a mikroprocesszor által címezhetÅ memóriakapacitástól. Egyszerre több is lehet belÅle a CPU-ban.
[szerkesztés] Utasításregiszter
A program szerint soron következő utasítás műveleti kód részét tárolja.
[szerkesztés] Utasításszámláló regiszter
A soron következő utasítás címét tárolja. Az utasításszámláló tartalmát a program maga is változtathatja. Fontos különbség az utasításszámláló és az adatszámláló regiszter között, hogy az utasításszámláló regiszternél a problémamegoldás az utasításkódok címeinek sorrendjében megy végbe. Vagyis az utasításszámláló által címzett első memóriarekesz elérésekor kihozunk a memóriából egy utasításkódot, így az utasításszámláló tartalma eggyel nő és így a memória következő rekeszét címezi, ahol a program szerint a következő utasításkód található. Az adatszámláló regiszter csak akkor fut végig az adatcímeken, ha az adatok sokszavas egységben vagy táblázatban vannak tárolva.
[szerkesztés] Bázis(cím)regiszter
Az operandusok címzéséhez felhasznált regiszter, amely nem általános használatú. A báziscím egy alapcím, amelyhez viszonyítva adhatjuk meg az utasításban az operandus helyét.
[szerkesztés] Indexregiszterek
Szintén nem minden processzorban találhatók és ezek is az operandusok címzését segítik elő, különösen adatsorok feldolgozásánál.
[szerkesztés] Állapotregiszterek, vezérlő regiszterek
Egy vagy több regiszteren belül tárolnak vezérlő és ellenőrző jeleket.Az állapotregiszter az ALU mőveleti eredményeit jellemzi.
[szerkesztés] Veremmutató regiszter (Stack Pointer)
A verem legfelső elemét jelöli ki.
)
Based on work by