精华内容
下载资源
问答
  • 寄存器是CPU内部的存储器,用于存储等待抄处理计算的指令或数据,当然速度最快的;其次是二级缓存,由于cpu的速度快于内存,为了提高计算机的速度,设置了一级、二级缓存,用于固化存储常用指令,速度其次;然后...

    寄存器是CPU内部的存储器,用于存储等待抄处理计算的指令或数据,当然速度是最快的;其次是二级缓存,由于cpu的速度快于内存,为了提高计算机的速度,设置了一级、二级缓存,用于固化存储常用指令,速度其次;然后就是内存了;最后是硬盘

     

    寄存器 > 二级缓存 > 内存 > 硬盘

    展开全文
  • CPU对各种存储器访问速度排序

    万次阅读 2018-05-05 19:21:24
    CPU对各种存储器访问速度基本上是:CPU 内部RAM > 外部同步RAM > 外部异步RAM > FLASH/ROM(1)对于程序代码,已经被烧录在FLASH 或ROM ,我们可以让CPU 直接从其中读取代码执行,但通常这...

    CPU对各种存储器的访问速度基本上是:
    CPU 内部RAM > 外部同步RAM > 外部异步RAM > FLASH/ROM


    (1)对于程序代码,已经被烧录在FLASH 或ROM 中,我们可以让CPU 直接从其中读取代
    码执行,但通常这不是一个好办法,我们最好在系统启动后将FLASH 或ROM 中的目标代

    码拷贝入RAM 中后再执行以提高取指令速度;

    (2)对于UART 等设备,其内部有一定容量的接收BUFFER,我们应尽量在BUFFER 被占
    满后再向CPU 提出中断。例如计算机终端在向目标机通过RS-232 传递数据时,不宜设置

    UART 只接收到一个BYTE 就向CPU 提中断,从而无谓浪费中断处理时间;

    (3)如果对某设备能采取DMA 方式读取,就采用DMA 读取,DMA 读取方式在读取目标
    中包含的存储信息较大时效率较高,其数据传输的基本单位是块,而所传输的数据是从设备
    直接送入内存的(或者相反)。DMA 方式较之中断驱动方式,减少了CPU 对外设的干预,
    进一步提高了CPU 与外设的并行操作程度。

    展开全文
  • cpu对寄存器的访问速度最快

    万次阅读 2016-05-05 09:00:23
     计算机CPU对其访问速度最快的是( ) 。 A.内存  B.Cache  C.通用寄存器  D.硬盘 所属试卷: 2015年上半年软件设计师考题 为何是通用寄存器而不是CACHE
    
    计算机中CPU对其访问速度最快的是(  ) 。
    A.内存    
    B.Cache    
    C.通用寄存器  
    D.硬盘
    所属试卷:
    2015年上半年软件设计师考题

    为何是通用寄存器而不是CACHE

    展开全文
  • 来源 | 小林coding责编| 寇雪芹头图|下载于视觉中国前言大家如果想自己组装电脑的话,肯定需要购买一个 CPU,但是存储器方面的设备,分类比较多,那我们肯定不能只买一种存储器,...

    来源 | 小林coding

    责编 | 寇雪芹

    头图 | 下载于视觉中国


    前言

    大家如果想自己组装电脑的话,肯定需要购买一个 CPU,但是存储器方面的设备,分类比较多,那我们肯定不能只买一种存储器,比如你除了要买内存,还要买硬盘,而针对硬盘我们还可以选择是固态硬盘还是机械硬盘。

    相信大家都知道内存和硬盘都属于计算机的存储设备,断电后内存的数据是会丢失的,而硬盘则不会,因为硬盘是持久化存储设备,同时也是一个 I/O 设备。

    但其实 CPU 内部也有存储数据的组件,这个应该比较少人注意到,比如寄存器、CPU L1/L2/L3 Cache 也都是属于存储设备,只不过它们能存储的数据非常小,但是它们因为靠近 CPU 核心,所以访问速度都非常快,快过硬盘好几个数量级别。

    问题来了,那机械硬盘、固态硬盘、内存这三个存储器,到底和 CPU L1 Cache 相比速度差多少倍呢?

    在回答这个问题之前,我们先来看看「存储器的层次结构」,好让我们对存储器设备有一个整体的认识。


    存储器的层次结构

    我们想象中一个场景,大学期末准备考试了,你前去图书馆临时抱佛脚。那么,在看书的时候,我们的大脑会思考问题,也会记忆知识点,另外我们通常也会把常用的书放在自己的桌子上,当我们要找一本不常用的书,则会去图书馆的书架找。

    就是这么一个小小的场景,已经把计算机的存储结构基本都涵盖了。

    我们可以把 CPU 比喻成我们的大脑,大脑正在思考的东西,就好比 CPU 中的寄存器,处理速度是最快的,但是能存储的数据也是最少的,毕竟我们也不能一下同时思考太多的事情,除非你练过。

    我们大脑中的记忆,就好比 CPU Cache,中文称为 CPU 高速缓存,处理速度相比寄存器慢了一点,但是能存储的数据也稍微多了一些。

    CPU Cache 通常会分为 L1、L2、L3 三层,其中 L1 Cache 通常分成「数据缓存」和「指令缓存」,L1 是距离 CPU 最近的,因此它比 L2、L3 的读写速度都快、存储空间都小。我们大脑中短期记忆,就好比 L1 Cache,而长期记忆就好比 L2/L3 Cache。

    寄存器和 CPU Cache 都是在 CPU 内部,跟 CPU 挨着很近,因此它们的读写速度都相当的快,但是能存储的数据很少,毕竟 CPU 就这么丁点大。

    知道 CPU 内部的存储器的层次分布,我们放眼看看 CPU 外部的存储器。

    当我们大脑记忆中没有资料的时候,可以从书桌或书架上拿书来阅读,那我们桌子上的书,就好比内存,我们虽然可以一伸手就可以拿到,但读写速度肯定远慢于寄存器,那图书馆书架上的书,就好比硬盘,能存储的数据非常大,但是读写速度相比内存差好几个数量级,更别说跟寄存器的差距了。

    我们从图书馆书架取书,把书放到桌子上,再阅读书,我们大脑就会记忆知识点,然后再经过大脑思考,这一系列过程相当于,数据从硬盘加载到内存,再从内存加载到 CPU 的寄存器和 Cache 中,然后再通过 CPU 进行处理和计算。

    对于存储器,它的速度越快、能耗会越高、而且材料的成本也是越贵的,以至于速度快的存储器的容量都比较小。

    CPU 里的寄存器和 Cache,是整个计算机存储器中价格最贵的,虽然存储空间很小,但是读写速度是极快的,而相对比较便宜的内存和硬盘,速度肯定比不上 CPU 内部的存储器,但是能弥补存储空间的不足。

    存储器通常可以分为这么几个级别:

    • 寄存器;

    • CPU Cache;

    1. L1-Cache;

    2. L2-Cache;

    3. L3-Cahce;

    • 内存;

    • SSD/HDD 硬盘

    •   寄存器

      最靠近 CPU 的控制单元和逻辑计算单元的存储器,就是寄存器了,它使用的材料速度也是最快的,因此价格也是最贵的,那么数量不能很多。

      存储器的数量通常在几十到几百之间,每个寄存器可以用来存储一定的字节(byte)的数据。比如:

      • 32 位 CPU 中大多数寄存器可以存储 4 个字节;

      • 64 位 CPU 中大多数寄存器可以存储 8 个字节。

      寄存器的访问速度非常快,一般要求在半个 CPU 时钟周期内完成读写,CPU 时钟周期跟 CPU 主频息息相关,比如 2 GHz 主频的 CPU,那么它的时钟周期就是 1/2G,也就是 0.5ns(纳秒)。

      CPU 处理一条指令的时候,除了读写寄存器,还需要解码指令、控制指令执行和计算。如果寄存器的速度太慢,则会拉长指令的处理周期,从而给用户的感觉,就是电脑「很慢」。

        CPU Cache

      CPU Cache 用的是一种叫 SRAM(Static Random-Access Memory,静态随机存储器) 的芯片。

      SRAM 之所以叫「静态」存储器,是因为只要有电,数据就可以保持存在,而一旦断电,数据就会丢失了。

      在 SRAM 里面,一个 bit 的数据,通常需要 6 个晶体管,所以 SRAM 的存储密度不高,同样的物理空间下,能存储的数据是有限的,不过也因为 SRAM 的电路简单,所以访问速度非常快。

      CPU 的高速缓存,通常可以分为 L1、L2、L3 这样的三层高速缓存,也称为一级缓存、二次缓存、三次缓存。

        L1 高速缓存

      L1 高速缓存的访问速度几乎和寄存器一样快,通常只需要 2~4 个时钟周期,而大小在几十 KB 到几百 KB 不等。

      每个 CPU 核心都有一块属于自己的 L1 高速缓存,指令和数据在 L1 是分开存放的,所以 L1 高速缓存通常分成指令缓存数据缓存

      在 Linux 系统,我们可以通过这条命令,查看 CPU 里的 L1 Cache 「数据」缓存的容量大小:

      $ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/size
      32K
      
      

      而查看 L1 Cache 「指令」缓存的容量大小,则是:

      $ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index1/size
      32K
      
      

        L2 高速缓存

      L2 高速缓存同样每个 CPU 核心都有,但是 L2 高速缓存位置比 L1 高速缓存距离 CPU 核心 更远,它大小比 L1 高速缓存更大,CPU 型号不同大小也就不同,通常大小在几百 KB 到几 MB 不等,访问速度则更慢,速度在 10~20 个时钟周期。

      在 Linux 系统,我们可以通过这条命令,查看 CPU 里的 L2 Cache 的容量大小:

      $ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index2/size
      256K
      
      

        L3 高速缓存

      L3 高速缓存通常是多个 CPU 核心共用的,位置比 L2 高速缓存距离 CPU 核心 更远,大小也会更大些,通常大小在几 MB 到几十 MB 不等,具体值根据 CPU 型号而定。

      访问速度相对也比较慢一些,访问速度在 20~60个时钟周期。

      在 Linux 系统,我们可以通过这条命令,查看 CPU 里的 L3 Cache 的容量大小:

      $ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index3/size 
      3072K
      
      

        内存

      内存用的芯片和 CPU Cache 有所不同,它使用的是一种叫作 DRAM (Dynamic Random Access Memory,动态随机存取存储器) 的芯片。

      相比 SRAM,DRAM 的密度更高,功耗更低,有更大的容量,而且造价比 SRAM 芯片便宜很多。

      DRAM 存储一个 bit 数据,只需要一个晶体管和一个电容就能存储,但是因为数据会被存储在电容里,电容会不断漏电,所以需要「定时刷新」电容,才能保证数据不会被丢失,这就是 DRAM 之所以被称为「动态」存储器的原因,只有不断刷新,数据才能被存储起来。

      DRAM 的数据访问电路和刷新电路都比 SRAM 更复杂,所以访问的速度会更慢,内存速度大概在 200~300 个 时钟周期之间。

        SSD/HDD 硬盘

      SSD(Solid-state disk) 就是我们常说的固体硬盘,结构和内存类似,但是它相比内存的优点是断电后数据还是存在的,而内存、寄存器、高速缓存断电后数据都会丢失。内存的读写速度比 SSD 大概快 10~1000 倍。

      当然,还有一款传统的硬盘,也就是机械硬盘(Hard Disk Drive, HDD),它是通过物理读写的方式来访问数据的,因此它访问速度是非常慢的,它的速度比内存慢 10W 倍左右。

      由于 SSD 的价格快接近机械硬盘了,因此机械硬盘已经逐渐被 SSD 替代了。

      存储器的层次关系

      现代的一台计算机,都用上了 CPU Cahce、内存、到 SSD 或 HDD 硬盘这些存储器设备了。

      其中,存储空间越大的存储器设备,其访问速度越慢,所需成本也相对越少。

      CPU 并不会直接和每一种存储器设备直接打交道,而是每一种存储器设备只和它相邻的存储器设备打交道。

      比如,CPU Cache 的数据是从内存加载过来的,写回数据的时候也只写回到内存,CPU Cache 不会直接把数据写到硬盘,也不会直接从硬盘加载数据,而是先加载到内存,再从内存加载到 CPU Cache 中。

      所以,每个存储器只和相邻的一层存储器设备打交道,并且存储设备为了追求更快的速度,所需的材料成本必然也是更高,也正因为成本太高,所以 CPU 内部的寄存器、L1\L2\L3 Cache 只好用较小的容量,相反内存、硬盘则可用更大的容量,这就我们今天所说的存储器层次结构

      另外,当 CPU 需要访问内存中某个数据的时候,如果寄存器有这个数据,CPU 就直接从寄存器取数据即可,如果寄存器没有这个数据,CPU 就会查询 L1 高速缓存,如果 L1 没有,则查询 L2 高速缓存,L2 还是没有的话就查询 L3 高速缓存,L3 依然没有的话,才去内存中取数据。

      所以,存储层次结构也形成了缓存的体系。

      存储器之间的实际价格和性能差距

      前面我们知道了,速度越快的存储器,造价成本往往也越高,那我们就以实际的数据来看看,不同层级的存储器之间的性能和价格差异。

      下面这张表格是不同层级的存储器之间的成本对比图:

      你可以看到 L1 Cache 的访问延时是 1 纳秒,而内存已经是 100 纳秒了,相比 L1 Cache 速度慢了 100 倍。另外,机械硬盘的访问延时更是高达 10 毫秒,相比 L1 Cache 速度慢了 10000000 倍,差了好几个数量级别。

      在价格上,每生产 MB 大小的 L1 Cache 相比内存贵了 466 倍,相比机械硬盘那更是贵了 175000 倍。

      我在某东逛了下各个存储器设备的零售价,8G 内存 + 1T 机械硬盘 + 256G 固态硬盘的总价格,都不及一块 Intle i5-10400 的 CPU 的价格,这款 CPU 的高速缓存的总大小也就十多 MB。

      总结

      各种存储器之间的关系,可以用我们在图书馆学习这个场景来理解。

      CPU 可以比喻成我们的大脑,我们当前正在思考和处理的知识的过程,就好比 CPU 中的寄存器处理数据的过程,速度极快,但是容量很小。而 CPU 中的 L1-L3 Cache 好比我们大脑中的短期记忆和长期记忆,需要小小花费点时间来调取数据并处理。

      我们面前的桌子就相当于内存,能放下更多的书(数据),但是找起来和看起来就要花费一些时间,相比 CPU Cache 慢不少。而图书馆的书架相当于硬盘,能放下比内存更多的数据,但找起来就更费时间了,可以说是最慢的存储器设备了。

      从 寄存器、CPU Cache,到内存、硬盘,这样一层层下来的存储器,访问速度越来越慢,存储容量越来越大,价格也越来越便宜,而且每个存储器只和相邻的一层存储器设备打交道,于是这样就形成了存储器的层次结构。

      再来回答,开头的问题:那机械硬盘、固态硬盘、内存这三个存储器,到底和 CPU L1 Cache 相比速度差多少倍呢?

      CPU L1 Cache 随机访问延时是 1 纳秒,内存则是 100 纳秒,所以 CPU L1 Cache 比内存快 100 倍左右

      SSD 随机访问延时是 150 微秒,所以 CPU L1 Cache 比 SSD 快 150000 倍左右

      最慢的机械硬盘随机访问延时已经高达 10 毫秒,我们来看看机械硬盘到底有多「龟速」:

      • SSD 比机械硬盘快 70 倍左右;

      • 内存比机械硬盘快 100000 倍左右,即 10W 倍;

      • CPU L1 Cache 比机械硬盘快 10000000 倍左右,即 1000W倍;

      我们把上述的时间比例差异放大后,就能非常直观感受到它们的性能差异了。如果 CPU 访问 L1 Cache 的缓存时间是 1 秒,那访问内存则需要大约 2 分钟,随机访问 SSD 里的数据则需要 1.7 天,访问机械硬盘那更久,长达近 4 个月。

      可以发现,不同的存储器之间性能差距很大,构造存储器分级很有意义,分级的目的是要构造缓存体系。

      福 利

      CSDN给大家发压岁钱啦!

      2月4日到2月11日每天上午11点

      价值198元的芒果TV年卡,价值99元的CSDN月卡现金红包,CSDN电子书月卡等奖品大放送!百分百中奖

      电脑端点击链接参与:

      https://t.csdnimg.cn/gAkN

      更多阅读推荐

    展开全文
  • 由于硬件技术的限制,我们可以制造出容量很小但很快的存储器,也可以制造出容量很大但很慢的存储器,但不可能两边的好处都占着,不可能制造出访问速度容量又大的存储器。因此,现代计算机都把存储器分成若干级,...
  • 华中科技大学计算机组成原理慕课答案

    万次阅读 多人点赞 2020-01-26 00:09:18
    一、单项选择题 1、下列说法,错误的是( B ) A.... B.... C....D.计算机系统层次结构,微程序属于硬件级...运算器、控制器、存储器 C.主机、外部设备 D.主机和应用软件 3、CPU地址线数量与下列哪项指标密切相关( ...
  • 10.6 直接存储器访问方式

    千次阅读 2019-09-20 21:03:25
    10.6 直接存储器访问方式 我们还是来说快递的事。有一天,你在这坐着运算,突然来电话了,然后你接了一听,啊,又有快递啦,啊什么?一千本书,现在就得去拿,哎呀,好好好。这个怎么办呢?这个,这搬一千本书又得...
  • 一文详解存储器访问和总线

    千次阅读 2019-05-22 16:19:39
    这些东西都是看得见摸得着的硬件,平时我们买电脑时关注的就是CPU的速度,内存的大小,主板芯片等等的参数。  1. 存储器  前面我们以一个简单通用的计算机模型来介绍了CPU的工作方式,CPU执行指令,而存储器为...
  • 计算机组成原理

    万次阅读 多人点赞 2019-06-02 14:13:55
    知识改变命运,储备成就未来。 计算机组成原理 1.第一台电子计算机何时何地诞生?英文全称? 1946年2月14日 美国宾夕法尼亚大学 ...ENIAC:电子数字积分...运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。 思想...
  • 一图说明 硬盘以上的主存、L3、L2、L1、寄存器一旦发生断电行为数据立刻丢失,只有硬盘能持久化保存。一般程序存储就在内存上,而比较关键的数据会使用寄存器保存(ecx、epx等)。
  • 一、单片机中存储器结构 哈弗结构:程序空间与数据空间是分开的 冯诺依曼结构:程序空间与数据空间统一编址 二、ROM,RAM ROM程序存储器:
  • 存取速度最快的是: ( D ) A、软盘 B、硬盘 C、光盘 D、内存17、可以播放多媒体教学光盘的计算机,必须配备的设备是: (C)A、软盘驱动盘 B、扫描仪 C、光盘驱动器 D、彩色打印机18、在计算机软驱的盘符通常用: ...
  • 内存可以满足临时数据访问需求,而存储器可以长期保留数据和其他文件。内存和存储器这两个术语均指计算机的内部存储空间。内存是应用程序在处理过程放置其使用的数据的地方。而存储器是存放数据以便长期或短期保留...
  • Keil 数据的存储 code、data、idata、pdata、xdata、pdata 模型选择 SMALL COMPACT LARGE
  • 寄存器比内存访问速度快的原因

    千次阅读 2016-10-13 17:29:08
    距离太远,寄存器就在CPU内部,而内存则在外部。寄存器结构复杂,内存设计简单。工作方式不同。...【系统】寄存器比内存访问速度快的原因 计算机的存储层次    同样都是晶体管存储设备,为什么
  • 操作系统的主存储器&高速缓存

    千次阅读 2020-06-27 22:13:09
    存储管理是操作系统的重要组成部分,它负责管理计算机系统的主存储器。 任何程序(代码)及数据在执行前必须进入主存空间,因此存储管理的优劣直接影响系统的性能,主存储空间一般分为两部分:一部分是系统区,...
  • 虚拟存储器

    千次阅读 2019-11-03 20:26:13
    其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定,其运行速度接近于内存速度而每位的成本却接近于外存。 常规存储管理的特征 一次性:作业在运行前一次性地全部装入内存 驻留性:作业装入内存后,便一直驻留在内存,...
  • 存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元,它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元,然后再由许多存储单元组成一个存储器。 分类 根据存储材料的性能...
  • 什么是存储器?存储器可分为哪三类?

    万次阅读 2018-10-17 23:49:24
    计算机的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。 存储器的构成:  构成存储器的存储介质,目前主要采用半导体器件...
  • 存储器

    2017-10-15 13:33:56
    存储器(Memory)是计算机系统的记忆设备,用来存放程序和数据。计算机的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。 ...
  • 浅谈 主存储器 与 辅助存储器

    千次阅读 热门讨论 2020-01-04 18:50:48
    例如在一个具有两个Bank的SDRAM的模组,其中一个Bank在进行预充电期间,另一个Bank却马上可以被读取,这样当进行一次读取后,又马上去读取已经预充电Bank的数据时,就无需等待而是可以直接读取了,这也就大大提高...
  • ROM全拼是Read Only Memory(只读存储器),它是只读的,一旦出厂不能在写,在出厂之前会预设好它的数据,并且它是掉电不丢失的,又称为固定存储器,它使用一些特定材料存储数据,这里以磁盘为列简单说一下原理:...
  • 内部存储器——①静态存储器

    千次阅读 2020-03-20 16:04:12
    (2) 计算机系统输入输出设备数量增多,数据传送速度加快,因此采用了直接存储器存取(DMA)技术和I/O通道技术,在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。 (3) 共享存储器的多处理机的出现,利用存储器存放共享数据...
  • 存储器层级结构

    千次阅读 2020-05-13 18:36:56
    理解系统是如何将数据在存储器层次结构上下移动,可写出更符合系统运行的应用程序,运行更。 2、存储器的层次结构 存储器的层次结构图如下所示: 从顶层往底层走,存储设备变得更慢、更便宜和更大。在高层L0...
  • 什么是RAM(随机存取存储器)?

    千次阅读 2020-10-13 02:46:20
    Volatile Memory通常用于指定动态存储器,在该存储器中可以快速读取和写入数据并在系统运行期间进行存储。 当系统关闭时,易失性存储器中的所有信息将被清除。 RAM也因其流行和工作方法而被称为易失性存储器。 哪些...
  • 计算机存储器系统

    2019-09-07 10:05:48
    存储器是操作系统管理的重要资源之一,存储器中为CPU...靠近CPU内部的小的,速度的高速缓存存储器,作为一部分存储相对较慢的主存储器中的数据和指令的缓冲区>。以上说法可能有点抽象,这么说吧,因为现在C...
  • 各类存储器简介

    千次阅读 2017-08-17 15:15:05
    存储器(Memory)是计算机系统的记忆设备,用来存放程序和数据。计算机全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了...
  • 计算机组成原理 - 存储器

    千次阅读 2021-09-27 15:52:05
    文章目录一、存储器的分类1、按介质分类2、按存取方式分类3、按在计算机的作用分类二、存储器的层次结构三、主存1、半导体存储芯片2、随机存取存储器3、只读存储器4、存储器与CPU的连接5、提高访存速度的措施四、...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 46,183
精华内容 18,473
关键字:

储存器中访问速度最快的是