计算机硬件组成(寄存器, 内存, 缓存的关系)

最新推荐文章于 2025-03-24 11:20:19 发布
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分类专栏： 操作系统 硬件组成
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本文深入探讨了计算机中CPU缓存与存储器层级的关系，解释了为什么一级缓存比二级缓存更快，以及它们如何影响CPU性能。详细介绍了栈和堆在缓存中的位置，以及一级缓存和二级缓存的特性。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

emmm 个人笔记篇…
本篇博客为了我一直记不住这些知识点, 写篇博客日后每次翻开看看
如果有问题, 欢迎指正!

距离 CPU 最近的是寄存器, 其次是缓存, 内存最远, (更远的就是外存了, 磁盘啥的)

缓存是存储一部分内存中的数据, 来提高性能, 不用让 CPU 每次都访问内存

缓存又分为了一级缓存, 二级缓存

我们说栈比堆快, 是因为栈基于一级缓存, 堆基于二级缓存

一级缓存二级缓存是 CPU 缓存, 不同于页缓存
一级缓存 : CPU 内部, 访问快, 比较小
二级缓存 : CPU 和内存之间的地址, 访问比一级缓存慢, 但是比读内存快, 比较大

一级缓存用来暂时存储并向 CPU 递送运算所需数据 (栈), 二级缓存就是一级缓存的缓冲器, 一级缓存制造成本高,容量有限, 二级缓存就是存储那些 CPU 处理时需要用到, 一级缓存又无法存储的数据

在这里插入图片描述

计算机存储金字塔层次结构：寄存器 高速缓存 内存 硬盘
COCoDΣ的博客
04-17 6790
计算机存储器的金字塔层次结构，参考这里 CPU、内存、硬盘的关系：硬盘用来存储我们的程序和数据，当我们运行程序的时候，CPU首先接受到我们的命令，之后CPU是告诉硬盘，我要运行你存储的程序A，你把程序A送到内存去。CPU对内存说，我让硬盘把程序A送到你这里来了，你保存一下。 等程序A被完整的送到内存之后。CPU就开始执行程序A。 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，
计算机中内存、cache和寄存器之间的关系及区别
完颜振江
02-10 1万+
计算机中内存、cache和寄存器之间的关系及区别
CPU/寄存器/内存
awq52302的博客
01-22 1475
　　因为要了解多线程，自然少不了一些硬件知识的科普，我没有系统学习过硬件知识，仅仅是从书上以及网络上看来的，如果有错误请指出来。 　　CPU，全名Central Processing Unit（中央处理器）。这是一块超大规模的集成电路，包含上亿的晶体管，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ControlUnit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。　　它...
软件编程控制硬件的关键——寄存器
qq_41680432的博客
04-20 3076
为什么软件能操控硬件？ 1、 什么是寄存器?寄存器属于CPU外设的硬件组成部分。 2、 CPU可以像访问内一样访问寄存器（IO与内存统一编址） 3、 寄存器是CPU硬件设计者制定的，目的是留作外设被编程控制的“活动开关”后台操作。 一个寄存器的地址是多少，某个地址属于那个外部设备，作用是什么？要查看硬件数据手册。 4、 正如汇编指令是CPU的编程接口API一样，寄存器是外设硬件的软件编程接口API。使用软件编程控制某一硬件其实就是编程读写该硬件的寄存器。程序（自己写的代码）能够操控硬件主要是操作寄存器。 5
硬件寄存器用法和定义-驱动开发内核开发固件开发
最新发布
远方雪的专栏
03-24 1020
首先，用户可能已经知道寄存器分析在固件开发中的重要性，但现在需要具体的方法。他可能是一个刚入门的开发者，或者是刚开始接触底层开发的人，所以需要详细但易懂的步骤。另外，用户可能没有实际接触过硬件调试工具，比如示波器或逻辑分析仪，这部分需要简要介绍，但也要提到替代方法，比如模拟器或日志输出，方便没有硬件设备的用户进行学习。测试和调试部分，用户可能需要知道如何验证寄存器设置是否正确，比如通过读取寄存器的值或观察硬件行为的变化。最后，总结关键点，帮助用户整理思路，强调文档、工具、社区和测试的重要性。
计算机缓存架构
farmwang的专栏
12-02 580
从CPU到 大约需要的 CPU 周期 大约需要的时间 主存   约60-80纳秒 QPI 总线传输 (between sockets, not drawn)   约20ns L3 cache 约40-45 cycles 约15ns L2 cache 约10 cycles, 约3ns L1 cache 约3-4 c...
硬件结构——(4) CPU 缓存⼀致性
杉杉coming！
08-26 420
1. CPU Cache 的数据写入 CPU Cache通常分为三级缓存：L1 Cache、L2 Cache、L3 Cache，级别越低的Cache 离CPU核心越近，访问速度越快，但存储容量相对会更小。在多核心的CPU中，每个核心都有自己的 L1/L2 Cache，而 L3 Cache 是所有核心共享使用的。 CPU Cache由多个Cache Line组成，CPU Line(缓存块) 是CPU从内存读取数据 的基本单位，CPU Line由各种 标志+数据块 组成。 对数据的操作 除..
磁盘缓存和内存缓存的区别
Android developer.
08-23 2万+
内存缓存高速缓存（英语：cache，英语发音：/kæʃ/ kash [1][2][3]，简称缓存），其原始意义是指访问速度比一般随机存取存储器（RAM）快的一种RAM，通常它不像系统主存那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM技术。原理 Cache一词来源于1967年的一篇电子工程期刊论文。其作者将法语词“cache”赋予“safekeeping storage”的涵义，用于电脑工程领域
计算机中根据存储访问内存,计算机中内存、cache和寄存器之间的关系
weixin_31162865的博客
07-26 2597
描述寄存器(Cache)是CPU内部集成的，内存是挂在CPU外面的数据总线上的，访问内存时要在CPU的寄存器(Cache)填上地址，再执行相应的汇编指令，这时CPU会在数据总线上生成读取或写入内存数据的时钟信号，最终内存的内容会被CPU寄存器(Cache)的内容更新(写入)或者被读入CPU的寄存器(Cache)(读取)。如图：CPU、内存、寄存器之间的关系cpu 取址 -》地址输入地址寄存器 -》...
计算机组成与设计 硬件软件接口 第五版 答案
11-16
1. 计算机组成：这部分涵盖了计算机硬件的基础，包括CPU（中央处理器）、寄存器、ALU（算术逻辑单元）和控制单元等。理解这些组件的功能及其相互作用对于构建和分析计算机系统至关重要。 2. 指令集架构（ISA）：ISA...
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计算机组成原理是理解计算机系统运行机制的基础，其中存储器和缓存器是核心部分，它们在数据处理和计算效率上起着至关重要的作用。本文将深入探讨存储器和缓存器的基本概念、工作原理以及其在现代计算机系统中的应用...
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09-30 977
在计算机体系结构里，寄存器存储在已知时间点所作计算的中间结果，通过快速访问数据来加速计算机程序的运行。在计算机系统中，CPU高速缓存（CPU Cache）是用于减少处理访问内存所需平均时间的部件。缓存命中：当应用程序或软件请求数据时，会首先发生缓存命中。首先，中央处理单元（CPU）在其最近的内存位置（通常是主缓存）中查找数据。如果在缓存中找到请求的数据，则将其视为缓存命中。当处理器发出内存访问请求时，会先查看缓存内是否有请求数据。如果不存在（失效），则要先把内存中的相应数据载入缓存，再将其返回处理器。
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weixin_63603830的博客
05-13 5511
阐述寄存器，高速缓存，主内存的区别与联系
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weixin_60075467的博客
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一、什么是缓存 一台电脑有两种内存 一种是动态随机存储器，它是在RAM（ram是芯片的运行内存）模块中使用的DRAM（Dynamic RAM），使用电容器来存储数据的内存需要动态地被电流刷新才能存储数据 另一种是CPU中使用叫做SRAM（StaticRAM） 静态随机存储器 二、CPU缓存 2.1 什么是CPU缓存 CPU缓存：CPU缓存是位于CPU与内存之间的临时数据交换器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。 2.2 CPU缓存出现..
详解--计算机存储相关（寄存器、CPU Cache、内存、外存）
qq_37233070的博客
09-25 2211
CPU寄存器、高速缓冲存储器、主存储器、外存储器。
CPU 寄存器 和内存三者之间的关系
瞌睡的洋葱的博客
08-26 1万+
寄存器 不知道什么是寄存器？那见过太监没有？大家应该都看过古装戏，那些皇帝们要阅读奏章的时候，大臣总是先将奏章交给皇帝身边的小太监，小太监呢再交给皇帝同志进行处理。这个小太监只是个中转站，并无别的功能。 好，那我们再联想到我们的CPU。CPU不就是我们的皇帝同志么？大臣就相当于我们的内存，数据从他这拿出来。那个小太监就是我们的寄存器了（这里先不考虑CPU的高速缓存区）。数据从内存里拿出来先放到...
CPU工作流程（寄存器、缓存cache、内存）
学海无涯的专栏
06-21 9891
1、Linux系统硬件模块之CPU - 知乎2、CPU的基本工作流程_Bo0o2的博客-优快云博客_cpu工作流程 3、【硬件设备】CPU系列之工作流程_Night_ZW的博客-优快云博客_cpu工作流程 4、CPU基本工作流程_学习java的张三的博客-优快云博客_cpu工作流程 5、操作系统中cpu如何工作_qq_42533216的博客-优快云博客_cpu如何工作 A.取指单元（从内存中取得指令）；　　B.解码单元（完成解码[讲内存中取到的数据转换成CPU真正能运行的指令]）；　　
内存、寄存器、GPIO地址、存储器之间的关系
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04-03 7816
内存、寄存器、GPIO地址、存储器之间的关系1、如上图，0x0000 0000表示第一个地址字节，代码使用这个16进制时，指针会指向这个物理地址，对4字节的GPIO控制单元来说，这4个字节的物理地址就叫寄存器，当我们把IO口配置的数据写入这个寄存器地址时，过程如下：（1）cpu通过我们写入的代码，转换成机器码            解释：写入的代码最初是我们键盘写入，一个键值按下，闭合后会有一个电...
寄存器与缓存的区别
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白话魔法师
11-07 3万+
这里的缓存是指的CPU的缓存。 按与CPU远近来分，离得最近的是寄存器，然后缓存，最后内存。 所以，寄存器是最贴近CPU的，而且CPU只与寄存器中进行存取。 （寄存的意思是，暂时存放数据，不中每次从内存中取，它就是一个临时放数据的空间，火车站寄存处就是这个意思） 而寄存器的数据又来源于内存。于是  CPU寄存器内存   这就是它们之间的信息交换。
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