レジスタの数

３２ビットプロセッサで汎用レジスタの数は３２語程度ですよね？？
なぜ、語数をこれ以上に増やすしたり、これ以下に減らしたりすると性能が低下するのですか？？
それぞれおしえてください！

No.5 回答者： SPROCKETER 回答日時： 2010/07/17 17:33

３２ビットプロセッサで汎用レジスタの数が３２本なのはＲＩＳＣプロセッサの例がありますが、パソコンで使われているＰｅｎｔｉｕｍ系プロセッサの場合は３２ビットの汎用レジスタは８本しかありません。

　例、ＥＡＸ，ＥＢＸ，ＥＣＸ，ＥＤＸ，ＥＳＩ，ＥＤＩ，ＥＢＰ，ＥＳＰ

インテル社が汎用レジスタの本数を増やしたがらない為ですが、汎用レジスタが単にデータの一時退避用として使われるだけならば、レジスタ本数は３２本あった方が良いのでしょうが、演算やアドレッシングなどで多用される場合には、複雑な配線が必要になる汎用レジスタは多くない方が集積度を上げるのに有利だろうと思います。

ＡＴＯＭプロセッサとして知られているネットブック用のＣＰＵは性能が低いですが、大きさが小さくて大量生産に向いています。ＣＰＵが小さくなるほどコストが下がるので、レジスタ本数をむやみに増やしてＣＰＵを大きくするよりも小型化を進めた方が安価になります。

Ｐｅｎｔｉｕｍ系プロセッサはレジスタ数を増やすよりもマルチコア化して並列演算能力を高める方向に進んでいますが、レジスタ数が多いほど性能が良いとは限りません。

３２ビットレジスタが４倍の３２本あるよりも、４コアのプロセッサの方が並列演算性能は上です。Ｐｅｎｔｉｕｍ系プロセッサの汎用レジスタが８本なのは、過去の８６系プロセッサとの互換性の為でしょうが、１６ビットから３２ビットになってもレジスタ本数を８本から変えなかったのは先を読んだ判断だったのだと思います。

No.4 回答者： salsberry 回答日時： 2008/12/18 23:21

レジスタの数が少ないと、演算中にレジスタが足りなくなったときにデータをメモリに読み書きしなければいけなくなって遅くなる可能性があります。

一方、レジスタの数が多いと、OSがコンテキストを切り替える毎に保存・復帰しなければいけないデータ量が増えて、これまた遅くなる可能性があります。

また、性能以外に命令長の問題もあります。
レジスタが16個あったとすると、レジスタ番号を指定するのに4ビットが必要です。レジスタが32個なら5ビットです。
これに対して、命令長は通常8ビットの倍数 (x86では8ビット単位の可変長、多くのRISCは32ビットか16ビットの固定長) です。
レジスタを2つ使用する命令があったとして (ADD Rx, RyとかLD Rx, [Ry+20]とか)、レジスタ数を16個から32個に増やすとその指定に2ビット余計に必要になります。しかし、命令長を2ビットだけ伸ばすことは上述のとおり簡単ではないので、その分命令の種類を減らしたり、命令中に埋め込む即値のビット数を減らしたりしなければいけなくなります。思い切って命令長を8ビット伸ばしてしまうという選択肢もありますが。

他の要素もあると思いますが、これらのバランスの上にレジスタ数は決定されます。他の人も書かれているとおり、32ビットCPUなら32レジスタ程度と決まっているわけではありません。

No.3 回答者： Toshi0230 回答日時： 2008/12/18 01:17

レジスタの数は、そのCPUの設計によるので、別に32bitプロセッサだから32個、と決まっているわけではないです。

また、レジスタの数はたくさんある方が性能を上げやすいですが、むやみに増やしても性能が上がるわけではありません。

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2008/12/18 01:08

「32ビットプロセッサ」として何を念頭に置いていますか?

例えば Intel 386 では 8本ですし, Motorola 68020 ではデータ 8本+アドレス 8本ですよ.

No.1 回答者： kt1965 回答日時： 2008/12/17 23:01

質問の意味が不明なのですが、解釈して回答してみますね。

32ビットプロセッサでは、確かに32本程度の汎用レジスタが存在します。増やしても良いのですが、減らすと確かに悪影響があります。これは、演算などを行う際に、演算パイプラインなどを内蔵するのですが、これの計算単位がビット単位になるからです（ALUという演算回路では、乗算や除算では、ビットシフトの方が早い）。

まあ、そんなわけです。

ちなみに、一応調べてから質問した方が、数多くの回答が得られるでしょう。