缓存内存与寄存器的区别

计算机的内存单元是缓存内存和寄存器。但它们在访问时间、速度、大小等方面存在差异。缓存内存是一种保存处理器最近使用数据的内存。相比之下，寄存器是一种高速存储设备，用于存储 CPU 当前正在处理的数据。

当处理器将主内存中的指令或相关数据加载到处理器芯片（寄存器）时，其副本会保存在缓存内存中。当处理器从内存中检索操作数以供ALU执行操作时，它会将它们存储在寄存器中。寄存器的尺寸比缓存内存小，速度也更快。

在本文中，您将了解缓存内存和寄存器之间的区别。但在讨论差异之前，您必须了解缓存内存和寄存器及其优缺点。

什么是缓存寄存器？

缓存内存是计算机系统中一个更小但更快的组件，位于主内存和 CPU 之间。为了使这种安排有效，缓存必须比主内存更快。对于快速内存设备而言，这种安排策略特别经济高效，因为它们可以轻松安装主内存，同时提高其性能速度。

缓存内存的类型

缓存内存有多种类型。一些主要的缓存内存类型如下：

1. L1 缓存

L1 缓存是第一级缓存。它存储 CPU 最近使用过的数据。它存储 CPU 核心最近使用过的数据，以便系统的其他部分能够快速访问。该区域的数据由于靠近处理器而经常被访问。L1 缓存的尺寸通常很小，范围为8 KB至128 KB。

2. L2 缓存

L2 缓存比L1 缓存慢，但容量大得多，范围为64 KB至16 MB。现代 CPU 包含高级传输缓存，这是一种内置于处理器芯片中的L2 缓存。使用高级传输缓存的处理器比不使用它的处理器性能要高得多。如今的 PC 通常包含高级传输缓存，范围为512 KB至12 MB。

3. L3 缓存

它比L1和L2缓存尺寸更大但速度更慢。其尺寸范围为1MB至8 MB。多核处理器中的每个核心都可以拥有自己的 L1 和 L2 缓存，但所有核心共享一个 L3 缓存。L3 缓存的速度是RAM的两倍。

缓存内存的优点和缺点

缓存内存有各种优点和缺点。缓存内存的一些优点和缺点如下：

优点

1. 它比主内存和辅助内存都快得多。
2. 它的数据访问时间比主内存快。
3. 它存储 CPU 频繁使用的所有数据和指令，从而提高 CPU 性能。
4. 它是一种高速半导体内存，可以帮助 CPU 运行得更快。
5. 它保存了一个可以在短时间内执行的程序。

缺点

1. 它临时存储数据。
2. 它比其他内存更昂贵。
3. 缓存数据会一直保留，直到系统通电。
4. 其存储容量非常有用。
5. 当计算机关闭时，其中包含的数据将被擦除。

什么是寄存器？

寄存器是最小的数据存储单元。它直接集成到处理器中，因此寄存器充当 CPU 在计算机系统中可直接访问的特定内存区域。单个寄存器可以存储少量数据（通常为 32 到 64 位）、一条指令、数据存储地址或任何其他类型的数据，包括单独的字符和位序列。

寄存器的类型

寄存器有多种类型。一些主要的寄存器类型如下：

1. 通用寄存器

也称为处理器寄存器。它们有多种用途，包括保存从内存加载的用于处理的操作数。

2. 内存地址寄存器

它定义了将从其中读取到内存缓冲寄存器（MBR）的字，或者将 MBR 中的字写入内存的内存地址。

3. 内存缓冲寄存器

它保存从主内存或 I/O 单元读取的字。它甚至保存进程需要写回主内存或 I/O 单元的字。

4. 指令缓冲寄存器 (IBR)

IBR 寄存器临时存储内存字中的右侧指令。

5. 指令寄存器

它当前包含正在执行的8 位操作码（机器指令）。

6. 程序计数器

PC 包含必须为执行而获取的下一条指令的内存地址。

寄存器的优点和缺点

寄存器有各种优点和缺点。寄存器的一些优点和缺点如下：

优点

1. 由于它是最快的内存块，因此它比主内存执行指令的速度更快。
2. 它为 CPU 提供了更快的对其中存储的指令、数据和位置的访问。
3. 它负责存储和检索反复访问的变量。
4. 它在程序运行时提高了内存利用率。
5. 它极大地提高了程序性能。

缺点

1. 它比其他类型的内存相对更昂贵。
2. 由于寄存器内存尺寸小，它无法存储大量数据。
3. 如果指令大于处理器，则操作除了使用寄存器外，还必须使用缓存或主内存。

缓存内存与寄存器的主要区别

在这里，您将了解缓存内存和寄存器之间的主要区别。缓存内存和寄存器之间的一些主要区别如下：

1. 缓存是计算机系统中最小、最快的内存组件。另一方面，寄存器是存在于计算机处理器中少量的高速存储元件。
2. 处理器使用缓存内存来存储最近使用过的数据。另一方面，处理器使用寄存器来存储它当前正在处理的操作数。
3. 缓存内存直接连接到 CPU 并集成在 CPU 芯片本身上，因此对缓存内存的访问时间缩短。相反，寄存器也存在于 CPU 芯片上，并且它们的访问时间比缓存内存更快。
4. 当 CPU 从主内存读取指令或数据时，它会将其复制到缓存内存中。相反，CPU 识别指令或相关数据中的操作数，并将其保存在寄存器中。
5. 任何计算机的缓存内存可以从2 MB到几 KB 不等。另一方面，寄存器是最小的内存单元，可以存储多达一个字的数据或多达64 位。
6. 缓存内存是用于临时数据的存储位置。另一方面，寄存器用于临时存储要处理和传输的数据。
7. 缓存内存是 CPU 芯片上独立的内存单元。相反，寄存器是 CPU 芯片上最小的高速组件。
8. 缓存内存分为 L1、L2 和 L3 缓存等不同级别。相反，处理器有 MAR、MBR、通用寄存器、AC、PC、IR、IBR 等不同类型的寄存器。

缓存内存与寄存器的详细比较

在这里，您将了解缓存内存和寄存器之间的详细比较。缓存内存和寄存器之间的主要区别如下：

结论

计算机的内存单元是缓存内存和寄存器。只有主缓存（L1）和所有类型的寄存器都可以在处理器上找到。另一方面，寄存器是任何计算机系统中最小、最快的组件。尽管两者都是较小的计算机内存单元，但它们的功能不同。缓存存储最近使用的指令和数据。相比之下，处理器将当前正在处理的指令和数据存储在寄存器中。