18. Конструктивное исполнение зу. Регистры микропроцессора. Кэш память.

Регистры микропроцессора. Для выполнения большинства операций нужно где-то хранить промежуточные результаты. Для их хранения и быстрого использования процессор имеет свои быстродействующие устройства памяти, называемые регистрами.

Числа в них раскладываются как бы по полочкам — разрядам регистров. Микропроцессор имеет множестворегистровых операций, например очистки регистров, перемещения чисел из одного регистра в другой и т. д.

Имеются также регистры, в которых создаются и хранятся адреса ячеек ОЗУ с программами и данными. Детали организации регистров и их названия едва ли нужны большинству пользователей, но программисты должны их знать. Так же как и язык программирования микропроцессоров Ассемблер, который переводит символические команды программ в машинные коды. Описанию всего этого добра посвящены многие книги

Регистр процессора — блок ячеек памяти, образующий сверхбыструю оперативную память (СОЗУ) внутри процессора; используется самим процессором и большой частью недоступенпрограммисту: например, при выборке из памяти очередной команды она помещается в регистр команд, к которому программист обратиться не может. (Имеются также регистры, которые в принципе программно доступны, но обращение к ним осуществляется из программ операционной системы, например, управляющие регистры и теневые регистры дескрипторов сегментов.Этими регистрами пользуются в основном разработчики операционных систем).

Существуют также так называемые регистры общего назначения (РОН), представляющие собой часть регистров процессора, использующихся без ограничения в арифметических операциях, но имеющие определенные ограничения, например в строковых. РОН, не характерные для эпохи мейнфреймов типа IBM/370[1] стали популярными в микропроцессорах архитектуры X86 — i8085, i8086 и последующих[2].

Кэш-память — это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации. Она увеличивает производительность, поскольку хранит наиболее часто используемые данные и команды «ближе» к процессору, откуда их можно быстрее получить

Кэш-память напрямую влияет на скорость вычислений и помогает процессору работать с более равномерной загрузкой. Представьте себе массив информации, используемой в вашем офисе. Небольшие объемы информации, необходимой в первую очередь, скажем список телефонов подразделений, висят на стене над вашим столом. Точно так же вы храните под рукой информацию по текущим проектам. Реже используемые справочники, к примеру, городская телефонная книга, лежат на полке, рядом с рабочим столом. Литература, к которой вы обращаетесь совсем редко, занимает полки книжного шкафа.

Компьютеры хранят данные в аналогичной иерархии. Когда приложение начинает работать, данные и команды переносятся с медленного жесткого диска в оперативную память произвольного доступа (DynamicRandomAccessMemory — DRAM), откуда процессор может быстро их получить. Оперативная память выполняет роль кэша для жесткого диска.