为什么寄存器比内存快

计算机的存储层次(memory hierarchy)之中，寄存器(register)最快，内存其次，最慢的是硬盘。

寄存器的工作方式很简单，只有两步：

1. 找到相关的位
2. 读取这些位

内存的工作方式就要复杂得多：

1. 找到数据的指针。指针可能存放在寄存器内，所以这一步就已经包括寄存器的全部工作了。
2. 将指针送往内存管理单元(MMU)，由MMU将虚拟的内存地址翻译成实际的物理地址。
3. 将物理地址送往内存控制器(memory controller)，由内存控制器找出该地址在哪一根内存插槽(bank)上。
4. 确定数据在哪一个内存块(chunk)上，从该块读取数据。
5. 数据先送回内存控制器，再送回 CPU，然后开始使用。

内存的工作流程比寄存器多出许多步。每一步都会产生延迟，累积起来就使得内存比寄存器慢得多。

为了缓解寄存器与内存之间的巨大速度差异，硬件设计师做出了许多努力，包括在 CPU 内部设置缓存、优化 CPU 工作方式，尽量一次性从内存读取指令所要用到的全部数据等等。