Rejestry a pamięć

Część sekcji Podstawy ścieżki Assembly w Coddy. Lekcja 3 z 45.

Dowiedziałeś się już o dwóch miejscach, w których dane mogą być przechowywane w komputerze:

Rejestry: małe schowki wewnątrz procesora
Pamięć (RAM): ogromna siatka ponumerowanych miejsc poza procesorem

Ale dlaczego są dwa miejsca? Dlaczego CPU nie może po prostu pracować bezpośrednio z pamięcią?

Odpowiedzią jest szybkość. Rejestry są niezwykle szybkie, ponieważ znajdują się wewnątrz procesora. Pamięć jest wolniejsza, ponieważ znajduje się na zewnątrz. Procesor może uzyskać dostęp do rejestru w jednym cyklu, ale dostęp do pamięci trwa znacznie dłużej.

Porównanie obok siebie:

Cecha	Rejestry	Pamięć (RAM)
Lokalizacja	Wewnątrz CPU	Poza CPU
Szybkość	Niezwykle szybkie (1 cykl)	Wolniejsze (wiele cykli)
Liczba miejsc do przechowywania	Bardzo niewiele (16-32 w x86-64)	Miliony lub miliardy
Rozmiar każdego miejsca	8 bajtów (64 bity)	1 bajt
Jak uzyskać do nich dostęp	Za pomocą nazwy (`rax`, `rbx`, `rcx`...)	Za pomocą adresu (`1000`, `msg`, `buffer`)
Ulotne?	Tak (znikają po wyłączeniu zasilania)	Tak (znikają po wyłączeniu zasilania)

Najważniejsza zasada dotycząca asemblera:

Procesor nie może pracować bezpośrednio na danych w pamięci. Najpierw trzeba załadować dane do rejestrów.

To nie jest opcjonalne. Tak zaprojektowano procesor. Każde dodawanie, każde porównanie i każdy transfer danych musi odbywać się przez rejestr.

Trzystopniowy schemat, którego będziesz używać bez przerwy:

Krok	Co się dzieje	Przykład
1. LOAD	Kopiowanie danych z pamięci do rejestru	`mov rax, [count]`
2. WORK	Wykonanie operacji na rejestrze	`add rax, 5`
3. STORE	Skopiowanie wyniku z powrotem do pamięci (jeśli to konieczne)	`mov [result], rax`

Co się stanie, jeśli zapomnisz o tej zasadzie?

Jeśli spróbujesz dodać dwie liczby, które znajdują się w pamięci, asembler zgłosi błąd. Procesor po prostu nie potrafi tego zrobić. Najpierw musisz załadować je do rejestrów.

Spróbuj swoich sił

Ta lekcja nie zawiera wyzwania z kodem.