CPU暫存器比快取記憶體快在哪裡？

王俊2023-01-20 14:42:41

下面論述對於快的理解是兩方面的，一方面是訪問延時短，一方面是訪問速度快。

從數位電路設計角度說，暫存器是flop，它是最基本的觸發器，時隙上來說只要滿足建立和保持時間就可以在時鐘觸發當拍寫或者讀，一般與cpu標註的主頻時鐘速度一致。這是訪問速度快。

由於是觸發器在下一時隙就能得到讀資料。所以訪問延時短。

快取記憶體模組訪問慢有幾個原因

1快取記憶體模組是用ram搭建的，訪問ram有更嚴格的時隙要求，當搭建的ram規模大到一定程度，由於ram電路的物理特性導致讀寫的頻率受限且有時延。這是訪問速度慢。

2。訪問快取資料需要有幾個步驟，基本來講要訪問tag ram判斷是否命中，如果命中再向data ram中讀寫資料。此外快取設計中用於判斷tag是否命中等的邏輯是關鍵路徑，訪問ram加上判斷tag等邏輯往往無法在一個時鐘週期下完成，所以一般需要構成數字流水線，分幾拍得到命中結果，加之很多額外的hazard判斷來操作流水線。

3。當得到命中結果去快取中取資料的路徑上，由於快取模組本身的路徑長度和仲裁邏輯等又要花費數拍的時間。這是訪問時延長。

綜上快取記憶體的模組是由ram作為載體的，其本身的執行時鐘往往不是cpu標註的主頻時鐘，且由於快取記憶體自身的數字邏輯存在，需要花費很多拍時延才能從快取中取得或者寫如資料。