标签：影响 一点 实用 hiera hierarchy 物理 时钟 取数据 内存插槽
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。
相同都是晶体管存储设备，为什么寄存器比内存快呢？
距离不是主要因素，可是最好懂，所以放在最前面说。内存离CPU比較远。所以要耗费更长的时间读取。
以3GHz的CPU为例，电流每秒钟能够振荡30亿次。每次耗时大约为0.33纳秒。
光在1纳秒的时间内，能够前进30厘米。也就是说。在CPU的一个时钟周期内。光能够前进10厘米。
因此。假设内存距离CPU超过5厘米。就不可能在一个时钟周期内完毕数据的读取。这还没有考虑硬件的限制和电流实际上达不到光速。相比之下，寄存器在CPU内部，当然读起来会快一点。
距离对于桌面电脑影响非常大。对于手机影响就要小得多。手机CPU的时钟频率比較慢（iPhone 5s为1.3GHz）。并且手机的内存紧挨着CPU。
苹果公司新推出的iPhone 5s，CPU是A7。寄存器有6000多位（31个64位寄存器，加上32个128位寄存器）。而iPhone 5s的内存是1GB，约为80亿位（bit）。
这意味着。高性能、高成本、高耗电的设计能够用在寄存器上，反正仅仅有6000多位，而不能用在内存上。
由于每一个位的成本和能耗仅仅要添加一点点，就会被放大80亿倍。
其实确实如此，内存的设计相对简单，每一个位就是一个电容和一个晶体管。而寄存器的设计则全然不同，多出好几个电子元件。并且通电以后，寄存器的晶体管一直有电，而内存的晶体管仅仅实用到的才有电，没用到的就没电，这样有利于省电。
这些设计上的因素，决定了寄存器比内存读取速度更快。
寄存器的工作方式非常easy。仅仅有两步：（1）找到相关的位。（2）读取这些位。
内存的工作方式就要复杂得多：
（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含寄存器的所有工作了）
（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，然后開始使用。
内存的工作流程比寄存器多出很多步。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。
为了缓解寄存器与内存之间的巨大速度差异。硬件设计师做出了很多努力。包含在CPU内部设置缓存、优化CPU工作方式。尽量一次性从内存读取指令所要用到的所有数据等等。
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原文地址：https://www.cnblogs.com/z-joshua/p/9448013.html
