儲存 暫存器和記憶體

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計算機儲存塔狀結構，暫存器最快，記憶體其次，最慢的是硬碟

同樣是電晶體儲存裝置，為什麼暫存器比記憶體快？

一、距離不同

距離不是主要因素，但是最好理解，記憶體離cpu比較遠，所以要耗費更長時間讀取。以3ghz的cpu為例，電流每秒鐘

可以振盪30億次，

每次耗時大約為0.33納秒。光在1納秒的時間內，可以前進30厘公尺。也就是說，在cpu的乙個時鐘週期內，光可以前進10厘公尺。因此，如果記憶體距離cpu超過5厘公尺，就不可能在乙個時鐘週期內完成資料的讀取，這還沒有考慮硬體的限制和電流實際上達不到光速。相比之下，暫存器在cpu內部，當然讀起來會快一點。

距離對於桌面電腦影響很大，對於手機影響就要小得多。手機cpu的時鐘頻率比較慢（iphone 5s為1.3ghz），而且手機的記憶體緊挨著cpu。

二、硬體設計不同

事實上確實如此，記憶體的設計相對簡單，每個位就是乙個電容和乙個電晶體，而暫存器的設計則完全不同，多出好幾個電子元件。並且通電以後，暫存器的電晶體一直有電，而記憶體的電晶體只有用到的才有電，沒用到的就沒電，這樣有利於省電。這些設計上的因素，決定了暫存器比記憶體讀取速度更快。

三、工作方式不同

記憶體的工作方式就要複雜得多：

（1）找到資料的指標。（指標可能存放在暫存器內，所以這一步就已經包括暫存器的全部工作了。）

（2）將指標送往記憶體管理單元（mmu），由mmu將虛擬的記憶體位址翻譯成實際的實體地址。

（3）將實體地址送往記憶體控制器（memory controller），由記憶體控制器找出該位址在哪一根記憶體插槽（bank）上。

（4）確定資料在哪乙個記憶體塊（chunk）上，從該塊讀取資料。

（5）資料先送回記憶體控制器，再送回cpu，然後開始使用。

為了緩解暫存器與記憶體之間的巨大速度差異，硬體設計師做出了許多努力，包括在cpu內部設定快取、優化cpu工作方式，盡量一次性從記憶體讀取指令所要用到的全部資料等等。

拓展思考：

1、volatitle關鍵字

記得c++中的關鍵字volatitle，一般編譯器會對變數進行優化，直接將變數儲存在暫存器中，這樣方便快速訪問，但是加上volatile關鍵則不進行優化，直接每次使用到的時候就從記憶體中訪問。

2、register儲存類

雖然這個在c++ 11中已經被棄用了，register類實現將變數直接儲存在暫存器上而不是ram上的區域性變數，資料大小不能超過暫存器大小，且不能進行一元運算子&因為他沒有記憶體位址。定義 'register' 並不意味著變數將被儲存在暫存器中，它意味著變數可能儲存在暫存器中，這取決於硬體和實現的限制。

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