为什么寄存器比内存快

  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。

原因一:距离不同

  距离不是主要因素,但是最好懂,所以放在最前面说。内存离CPU比较远,所以要耗费更长的时间读取。

  以3GHz的CPU为例,电流每秒钟可以振荡30亿次,每次耗时大约为0.33纳秒。光在1纳秒的时间内,可以前进30厘米。也就是说,在CPU的一个时钟周期内,光可以前进10厘米。因此,如果内存距离CPU超过5厘米,就不可能在一个时钟周期内完成数据的读取,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很大,对于手机影响就要小得多。手机CPU的时钟频率比较慢(iPhone 5s为1.3GHz),而且手机的内存紧挨着CPU。

原因二:硬件设计不同

  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、高耗电的设计可以用在寄存器上,反正只有6000多位,而不能用在内存上。因为每个位的成本和能耗只要增加一点点,就会被放大80亿倍。

  事实上确实如此,内存的设计相对简单,每个位就是一个电容和一个晶体管,而寄存器的设计则完全不同,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,而内存的晶体管只有用到的才有电,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。

原因三:工作方式不同

  寄存器的工作方式很简单,只有两步:(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。

  为了缓解寄存器与内存之间的巨大速度差异,硬件设计师做出了许多努力,包括在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全部数据等等。

转载:http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/10/register.html
作者:阮一峰

linux --> 为什么寄存器比内存快?的更多相关文章

  1. DMA内存申请--dma_alloc_coherent 及 寄存器与内存【转】

    转自:https://blog.csdn.net/ic_soc_arm_robin/article/details/8203933 在项目驱动过程中会经常用到dma传输数据,而dma需要的内存有自己的 ...

  2. Linux内核高端内存 转

        Linux内核地址映射模型x86 CPU采用了段页式地址映射模型.进程代码中的地址为逻辑地址,经过段页式地址映射后,才真正访问物理内存. 段页式机制如下图.   Linux内核地址空间划分 通 ...

  3. 【linux】arm mm内存管理

    欢迎转载,转载时请保留作者信息,谢谢. 邮箱:tangzhongp@163.com 博客园地址:http://www.cnblogs.com/embedded-tzp Csdn博客地址:http:// ...

  4. Linux内核高端内存

    Linux内核地址映射模型 x86 CPU采用了段页式地址映射模型.进程代码中的地址为逻辑地址,经过段页式地址映射后,才真正访问物理内存. 段页式机制如下图. Linux内核地址空间划分 通常32位L ...

  5. [转载]linux段页式内存管理技术

    原始博客地址: http://blog.csdn.net/qq_26626709/article/details/52742470 一.概述 1.虚拟地址空间 内存是通过指针寻址的,因而CPU的字长决 ...

  6. Linux环境进程间通信: 共享内存

    Linux环境进程间通信: 共享内存 第一部分 共享内存可以说是最有用的进程间通信方式,也是最快的IPC形式.两个不同进程A.B共享内存的意思是,同一块物理内存被映射到进程A.B各自的进程地址空间.进 ...

  7. Linux IPC之共享内存C 事例

    Linux IPC之共享内存 标签: linuxrandomnull工作 2011-08-25 11:52 4123人阅读 评论(0) 收藏 举报  分类: Linux(3)  读书札记(3)  版权 ...

  8. java语言:Linux与JVM的内存关系分

    在一些物理内存为8g的服务器上,主要运行一个Java服务,系统内存分配如下:Java服务的JVM堆大小设置为6g,一个监控进程占用大约 600m,Linux自身使用大约800m.从表面上,物理内存应该 ...

  9. linux 下 取进程占用内存(MEM)最高的前10个进程

    # linux 下 取进程占用 cpu 最高的前10个进程ps aux|head -1;ps aux|grep -v PID|sort -rn -k +3|head # linux 下 取进程占用内存 ...

随机推荐

  1. PCI9054 突发模式数据传输 (burst mode data transfer )

    C mode target slave , 之前看PCI9054 datasheet知道这个burst mode ,也看了时序图,但是一直缺乏一个感性的认识. 今天网上买的 USB逻辑分析仪到货了,接 ...

  2. DriverStudio 和 WDF驱动 通过GUID获取设备句柄的差别

    DriverStudio /***************************************************************************** * 功能: 通过 ...

  3. php 递归无线级别分类

    <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html;charset=UTF-8"> <?ph ...

  4. Naive Bayes (NB Model) 初识

    1,Bayes定理 P(A,B)=P(A|B)P(B); P(A,B)=P(B|A)P(A); P(A|B)=P(B|A)P(A)/P(B);    贝叶斯定理变形 2,概率图模型 2.1  定义 概 ...

  5. Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: org.springframework.expression.ExpressionParser

    1.错误描述 usage: java org.apache.catalina.startup.Catalina [ -config {pathname} ] [ -nonaming ] { -help ...

  6. Java中的List转换成JSON报错(四)

    1.错误描述 Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: org/apache/commons/colle ...

  7. jquery Dialog弹框插件

    function Dialog(options) { var defaults = { // 默认值. title: '', // 标题文本,若不想显示title请通过CSS设置其display为no ...

  8. js模块编写

    js模块编写 编写模块obj.js //obj.js 'use strict'; //引入模块 const dkplus = require('dkplus.js'); !(function(){ / ...

  9. RobotFramework自动化测试框架-移动手机自动化测试Get Network Connection Status和Set Network Connection Status关键字的使用

    Get Network Connection Status关键字用来获取手机的网络连接状态.在获取到连接状态后,会返回不同的数字. Set Network Connection Status关键字用来 ...

  10. Redis进阶实践之十六 Redis大批量增加数据

    一.介绍      有时,Redis实例需要在很短的时间内加载大量先前存在或用户生成的数据,以便尽可能快地创建数百万个键.这就是所谓的批量插入,本文档的目标是提供有关如何以尽可能快的速度向Redis提 ...