内存层次结构-为什么寄存器是昂贵的？

Question

我了解到：

更快的访问时间>更昂贵的

较慢的访问时间>更便宜的

我还理解寄存器是层次结构的顶端，并且具有最快的访问时间。我很难研究的是它为什么这么贵？据我所知，寄存器实际上是直接建立在ALU中的电路。如果它们实际上是内置在CPU中的(特别是ALU )，那么到底是什么使得它最昂贵呢？

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，并且需要从许多地方同时访问。

例如，如果有语句a=a+ x；b=b+ x；c=c+ x；则有三个指令，它们都希望读取相同的寄存器。所以寄存器不仅仅是记忆。还有所有的数据路径都需要在处理器中，所以来自保持x的寄存器中的相同数据可以同时发送到三个指令。这些数据可以传播到很多地方。如果您编写了double a= x；并且x是一个整数，那么必须有一个数据路径将寄存器x发送到浮点单元。或者是向量单位。诸若此类。

然后，您不仅需要存储数据，而且还必须确保数据是可用的。如果您编写了x=y+ z；a=a+ x；当第一条指令运行时，必须跟踪保存x的寄存器在存储结果之前是无效的，并停止第二次添加的运行。太贵了。

因此，建立一个寄存器不仅仅是增加一点内存，还需要付费。寄存器对于处理器的速度是非常重要的，所以使用最昂贵和最快的技术来构建它们。