寄存器與內存的區別

　　寄存器是中央處理器內的組成部份。它跟CPU有關。寄存器是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來暫存指令、數據和位址。在中央處理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器（IR）和程序計數器（PC）。在中央處理器的算術及邏輯部件中，包含的寄存器有累加器（ACC）。

　　內存既專業名上的內存儲器，內存是由內存芯片、電路板、金手指等部分組成的。它包涵的范圍也很大，一般分為只讀存儲器和隨即存儲器，以及最強悍的高速緩沖存儲器（CACHE）。

　　只讀存儲器應用廣泛，它通常是一塊在硬件上集成的可讀芯片，作用是識別與控制硬件，它的特點是只可讀取，不能寫入。

　　隨機存儲器的特點是可讀可寫，斷電后一切數據都消失，我們所說的內存條就是指它了。它也只是存儲器中的滄海一粟，是計算機中重要的部件之一，它是與CPU進行溝通的橋梁。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的，因此內存的性能對計算機的影響非常大。 內存（Memory）也被稱為內存儲器，其作用是用于暫時存放CPU中的運算數據，以及與硬盤等外部存儲器交換的數據。只要計算機在運行中，CPU就會把需要運算的數據調到內存中進行運算，當運算完成后CPU再將結果傳送出來，內存的運行也決定了計算機的穩定運行。

　　計算機的存儲層次（memory hierarchy）之中，寄存器（register）最快，內存其次，最慢的是硬盤。

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　　同樣都是晶體管存儲設備，為什么寄存器比內存快呢？

　　Mike Ash寫了一篇很好的解釋，非常通俗地回答了這個問題，有助于加深對硬件的理解。

　　原因一：距離不同

　　距離不是主要因素，但是最好懂。內存離CPU比較遠，所以消費更長的時間儲存。

　　以3Ghz的CPU為例子，電流每秒可以震蕩30億次，每次耗時大概為0.33納秒，光在1納秒里可以前進30cm，也就是說一個CPU周期內，光可以前進10cm。因此如果內存距離CPU超過5cm，就不可能在一個時鐘周期內完成數據的讀寫。這還沒考慮硬件的限制和電流實際上達不到光速。相比之下，寄存器在CPU內部，當然讀起來會快一點。

　　原因二：硬件設計不同

　　蘋果公司新推出的iphone5s，CPU是A7，寄存器有6000多位（31個64位寄存器，加上32個128位寄存器）。而iphone5s的內存是1GB，約為80億位（bit）。這意味著高性能、高成本、高耗電的設計可以用在寄存器上，反正只有6000多位，而不能用在內存上，因為每個位的成本和耗能只要增加一點點，就會被放大80億倍。

　　事實上確實如此，內存的設計相對簡單，每個位就是一個電容和一個晶體管，而寄存器的設計則完全不同，多出好幾個電子元件。并且通電后，寄存器的晶體管一直有電，而內存的晶體管只有在用到的才有電，沒用到的就沒電，這樣利于省電。這些設計上的因素，決定了寄存器比內存讀取速度更快。

　　原因三：工作方式不同

　　寄存器的工作方式只有2步：（1）找到相關的位（2）讀取這些位

　　內存的工作方式就復雜多：

　?。?）找到數據的指針（指針可能存放在寄存器內，所以這一步就已經包括寄存器的全部工作了。）

　?。?）將指針送往內存管理單元（MMU），由MMU講虛擬的內存地址翻譯成實際的物理地址。

　?。?）將物理地址送往內存控制器（memory controller），由于內存控制器找出該地址在哪一根內存插槽（bank）上。

　?。?）確定數據在哪一個內存塊（chunk）上，從該塊讀取數據。

　?。?）內存先送回內存控制器，再送回CPU，然后開始使用。

　　內存的工作流程比寄存器多出許多步，每一步都會產生延遲，累積起來就使得內存比寄存器慢得多。

　　為了緩解寄存器和內存之間速度的巨大差異，硬件設計師做出了許多努力，包括CPU內部設置緩存，優化CPU工作方式，盡量一次從內存讀取指令所要用到的全部數據等等。
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