Γιατί απαιτείται το σύνολο εγγραφής στην CPU;

Ένα σύνολο μητρώου είναι ζωτικής σημασίας σε μια CPU για διάφορους λόγους, όλα βράζουν μέχρι την ταχύτητα και την απόδοση:

* γρήγορη πρόσβαση: Τα μητρώα είναι οι ταχύτερες θέσεις μνήμης που είναι προσβάσιμες στην CPU. Η πρόσβαση σε δεδομένα σε καταχωρητές είναι σημαντικά ταχύτερη από την πρόσβαση σε δεδομένα στη μνήμη RAM (κύρια μνήμη) ή ακόμα και την προσωρινή μνήμη. Αυτή η διαφορά ταχύτητας είναι θεμελιώδης για την απόδοση οποιασδήποτε CPU.

* Συχνή πρόσβαση δεδομένων: Η CPU πρέπει συνεχώς να έχει πρόσβαση και να χειρίζεται δεδομένα κατά την εκτέλεση του προγράμματος. Η διατήρηση συχνά χρησιμοποιούμενων δεδομένων σε καταχωρητές ελαχιστοποιεί το χρόνο που δαπανάται για τη λήψη δεδομένων από τις πιο αργές θέσεις μνήμης. Οι οδηγίες συχνά λειτουργούν σε τελεστές απευθείας από τα μητρώα.

* Μειωμένες πρόσβαση μνήμης: Διατηρώντας συχνά χρησιμοποιούμενα δεδομένα σε καταχωρητές, η CPU μπορεί να μειώσει δραματικά τον αριθμό των προσβάσιμων μνήμης. Οι πρόσβαση στη μνήμη είναι σχετικά αργές σε σύγκριση με τις εργασίες καταχωρητή, δημιουργώντας ένα σημείωμα συμφόρησης εάν δεν διαχειρίζεται αποτελεσματικά. Η ελαχιστοποίηση των πρόσβασης μνήμης βελτιώνει άμεσα την απόδοση.

* Σωλήνες διδασκαλίας και παραλληλισμός: Οι σύγχρονες CPU χρησιμοποιούν αγωγούς και άλλες τεχνικές παράλληλης επεξεργασίας. Τα μητρώα είναι απαραίτητα για την αποτελεσματική διαχείριση της ροής δεδομένων εντός αυτών των παράλληλων διαδικασιών. Επιτρέπουν διαφορετικά στάδια του αγωγού να αποκτήσουν πρόσβαση στα δεδομένα ταυτόχρονα χωρίς διαμάχη.

* Αποθήκευση τελετή για οδηγίες: Πολλές οδηγίες απαιτούν πολλαπλούς τελεστές (στοιχεία δεδομένων) για να λειτουργούν. Τα μητρώα παρέχουν την άμεση αποθήκευση αυτών των τελεστών, επιτρέποντας την ταχεία εκτέλεση διδασκαλίας.

* Counter Program (PC): Ο μετρητής προγράμματος, ένα κρίσιμο μητρώο, κατέχει τη διεύθυνση της επόμενης εντολής που θα εκτελεστεί. Η αποτελεσματική διαχείριση του υπολογιστή είναι απαραίτητη για τη ροή εκτέλεσης του προγράμματος.

* καταχωρητές κατάστασης: Τα μητρώα παρακολουθούν επίσης την κατάσταση της CPU (π.χ. σημαίες που υποδεικνύουν αριθμητική υπερχείλιση, φέρουν bits, μηδενικά αποτελέσματα κ.λπ.). Αυτές οι πληροφορίες κατάστασης είναι απαραίτητες για την υπό όρους διακλάδωση και άλλους μηχανισμούς ροής ελέγχου.

Εν ολίγοις, χωρίς ένα σετ μητρώου, η CPU θα αναγκαστεί να βασιστεί σε μεγάλο βαθμό σε βραδύτερες προσβάσεις μνήμης για κάθε λειτουργία, με αποτέλεσμα δραματικά βραδύτερη εκτέλεση του προγράμματος. Τα μητρώα λειτουργούν ως το scratchpad υψηλής ταχύτητας της CPU, απαραίτητα για την επίτευξη αποδεκτών επιπέδων απόδοσης.