为啥 RAM 不如寄存器/高速缓存那么快？ [关闭]

Posted 2023-02-16

【中文标题】为啥 RAM 不如寄存器/高速缓存那么快？ [关闭]

【英文标题】：Why isn't RAM as fast as registers/cache memory? [closed]为什么 RAM 不如寄存器/高速缓存那么快？ [关闭]

【发布时间】：2011-11-23 19:51:39

【问题描述】：

为什么我们需要在Cache Memory中缓存？为什么 RAM 内存不能像寄存器一样快，高速缓存或高速缓存不能像 RAM 内存（4GB）一样大，以便所有内容都可以在缓存中？有什么好的文章/书籍可以理解这些概念吗？

【问题讨论】：

+1 回答我一直只是“盲目假设是这种情况”但从未花时间真正问自己为什么的问题...

Petzold 的“代码”书可能涉及到这一点，它也是非常初级的。您的问题跨越了数十年的技术。有些微控制器，如旧处理器，内存和寄存器的速度相同。大多数情况下，答案是“按设计”、“出于成本考虑”。你可以做一个 4GB 内存的处理器，没有等待状态，但由于价格，没有人会买它。

缓存往往是多层的，最贵最快的内存在最底层的缓存，大小受芯片面积特别是价格的影响，有多少人愿意花4000美元他们计算机中的处理器只是为了获得更多的l1缓存？不多，不够。越接近处理器（高速缓存）的内存越接近处理器速度，千兆赫兹的处理器会想要读取往返时间与速度相似的内存。

1333MHz DRAM 不是 1333MHz 内存读取周期时序，mhz 来自到芯片的总线速度，其中多个事务在进行中，但往返速度非常慢。系统工程，尤其是 x86，严重依赖缓存层，如果您要关闭这些缓存，您的计算机将会非常缓慢。不过，这就是它的美妙之处，有点贵的内存，更便宜的内存是速度的一半或四分之一，而且内存很慢。

显然这个问题不应该被关闭...使用谷歌研究 sram 与 dram。例如，我们今天使用的是 DDR DRAM，在搜索中使用 ddr 可能会发现更多关于它是如何工作的信息。在阅读技术时，您必须推断性能影响和成本在哪里。然后，如果您想查找缓存以了解缓存如何平滑处理，并推断缓存内存由昂贵的 sram 组成，并且通常比 dram 或它后面的其他缓存快得多。

【参考方案1】：

寄存器和缓存位于 cpu 芯片本身上，或者与它紧密相连。普通 RAM 是通过地址总线访问的，它通常会受到内存映射的一定程度的间接影响。

【讨论】：

为什么我们不能将整个 RAM 或缓存​​与 RAM 一样大的 CPU 芯片本身？或者为什么将寄存器或缓存的大小限制为远小于 RAM 的大小？

因为你只能在一个芯片上放这么多电路，在尺寸变得太大之前，良率下降，成本上升，功率要求上升。

总线速度只是部分答案，内存总线的大部分性能限制是 SRAM 与 DRAM 的结果（请参阅 Tom Zych 的答案）。

有人记得其他公司在 IBM 之前推出 386 时，他们使用 SRAM 是因为他们认为 DRAM 不够快吗？

【参考方案2】：

更快的东西每比特成本更高。所以你有一个递减的存储链，从一端的几个寄存器，通过几级缓存，一直到 RAM。每个级别都比以前的级别更大且速度更慢。并且一直在底部你有磁盘。

【讨论】：

没错，你可以让所有内存都是 TLB 内存，但成本将是天文数字。

与 RAM 相比，究竟是什么增加了高速缓存的制造成本？

简短的回答是，不同种类的电子电路。这是一篇解释其中一些内容的文章：differencebetween.net/technology/…

这个。 L1/2/3 Cache 由 SRAM 制成。主存储器是DRAM。 SRAM 速度更快，但每个位需要更多晶体管，这使得它更昂贵、更耗电，并且需要更多芯片（不适合典型的 DIMM）。如果你能找到一个旧的 386/486 主板没有-芯片 L2 缓存，看看 SRAM 芯片，你就会明白我的意思。在过去，很多笔记本都因为这个原因省略了二级缓存。