memory - 内存层次结构 - 为什么寄存器很贵？

Question

我明白那个：

更快的访问时间 >更昂贵

访问时间较慢>较便宜

我也知道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，并且需要同时从许多地方访问它们。

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。处理器中还需要所有数据路径，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。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，那么必须有一个数据路径将寄存器x发送到浮点单元。或向量单元。等等。

然后你会遇到一个问题，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，并停止运行第二条加法。那是超级贵的。

因此，构建寄存器不仅仅是增加一点内存，而且需要付费。寄存器对于处理器的速度是如此重要，以至于使用最昂贵和最快的技术来构建它们。