Об эффективном использовании регистров

Под эффективностью использования регистров будем понимать отношение числа обращений к переменным, расположенным в регистрах, к общему числу обращений к переменным в программе.

Так как большая часть операндов представляет локальные скалярные перемен­ные, ускорить доступ к операндам можно с помощью увеличения объема регист­ровой памяти процессора.

Регистровая память имеет наименьшее время обраще­ния, поэтому стремятся разработать та­кую стратегию использования регистров в программах, ко­торая обеспечивала бы размещение в регистрах как можно большего количе­ства операндов и минимизировала потребность в пересылке данных из оперативной памя­ти в регистры и обратно.

Возможны два подхода к решению этой проблемы. Один подход ос­новывается на программных методах — разработке эффективных компиляторов, а второй — на аппаратных — включении в состав процессора большого количества регистров.

При использовании программных методов основные функции выполняет компилятор, пре­образующий программу на языке высокого уровня в последовательность машин­ных команд. При этом машинная программа должна быть составлена таким об­разом, чтобы как можно большая часть переменных, необходимых при выпол­нении текущего фрагмента программы, размещалась в регистрах процессора. В таком компиляторе требуется реализовать сложные алгоритмы анализа структу­ры и статистических характеристик исходной программы и на основании этого анализа выполнить оптимальное распределение переменных между ячейками памяти и регистрами процессора.

Аппаратный подход состоит в том, чтобы включить в состав процессора по возможности больше регистров и организо­вать наиболее эффективное их использование, размещая в регистрах переменные на более длительный период времени.

В на­стоящее время в основном используется программный метод. Аппаратный подход используется редко, например, в компьютерах фирмы Sun семейства SPARC, в компьютерах с архитектурой EPIC.