寄存器为什么比内存快

背景：

计算机的存储层次（memory hierarchy）之中，寄存器（register）最快，内存其次，最慢的是硬盘。

 

快的原因：

1、距离不同。（寄存器距离CPU比内存近）

2、硬件设计不同。（高性能、高成本、高耗电的设计可以用在寄存器上，而不能用在内存上）

3、工作方式不同。

 

寄存器工作方式：

（1）找到相关的位

（2）读取这些的位

 

内存的工作方式：

（1）找到数据的指针。（指针可能存放在寄存器内，所以这一步就已经包括寄存器的全部工作了。）

（2）将指针送往内存管理单元（MMU），由MMU将虚拟的内存地址翻译成实际的物理地址。

（3）将物理地址送往内存控制器（memory controller），由内存控制器找出该地址在哪一根内存插槽（bank）上。

（4）确定数据在哪一个内存块（chunk）上，从该块读取数据。

（5）数据先送回内存控制器，再送回CPU，然后开始使用。

内存的工作流程比寄存器多出许多步。每一步都会产生延迟，累积起来就使得内存比寄存器慢得多。

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