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Les instructions de registre à registre sont plus rapides que les instructions de mémoire à registre ou de registre à mémoire, principalement en raison des différences fondamentales de vitesses d'accès entre les registres et la mémoire :
* Proximité du CPU : Les registres sont situés *à l'intérieur* du CPU. Ils font partie de l'architecture interne du CPU, directement accessible par l'ALU (Arithmetic Logic Unit) et les autres unités de traitement. Cela signifie que l’accès est incroyablement rapide, ne prenant généralement qu’un seul cycle d’horloge.
* Hiérarchie de la mémoire : La mémoire (RAM) est externe au processeur. L'accès à la mémoire implique un processus plus complexe :
* Traduction d'adresse : Le processeur doit traduire l'adresse mémoire en une adresse physique.
* Accès au cache : Le CPU vérifie d'abord son cache (caches L1, L2, L3) pour voir si les données sont déjà présentes. Si ce n'est pas le cas, un accès plus lent à la mémoire principale est requis.
* Accès à la mémoire : L'accès à la mémoire principale implique l'envoi de signaux via le bus système aux puces RAM, l'attente que les données soient récupérées, puis leur renvoi au processeur. Ce processus est nettement plus lent que l'accès aux registres.
* Conflit de bus : Plusieurs périphériques peuvent se disputer l'accès au bus système, retardant ainsi davantage l'accès à la mémoire.
En résumé :les opérations de registre à registre contournent toutes les complexités et les retards associés à l'accès à la mémoire principale. Les données sont déjà « disponibles » dans le processeur, ce qui permet une exécution beaucoup plus rapide. La différence de vitesse peut être de plusieurs ordres de grandeur ; les accès à la mémoire peuvent prendre des dizaines, voire des centaines de cycles d'horloge, contre un seul cycle pour les opérations de registre. Il s’agit d’une limitation fondamentale de l’architecture informatique.
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