为什么我们要在汇编中使用 CPU 寄存器，而不是直接使用内存呢？

我有一个关于装配的基本问题。

如果算术运算也可以在内存上运行，为什么我们还要费心只在寄存器上进行算术运算呢？

例如，以下两个原因（本质上）导致计算出相同的值作为答案：

片段1

.data
    var dd 00000400h

.code

    Start:
        add var,0000000Bh
        mov eax,var
        ;breakpoint: var = 00000B04
    End Start

片段2

.code

    Start:
        mov eax,00000400h
        add eax,0000000bh
        ;breakpoint: eax = 0000040B
    End Start

据我所知，大多数文本和教程主要在寄存器上进行算术运算。使用寄存器是不是更快？

如果您查看计算机体系结构，您会发现一系列内存级别。靠近 CPU 的设备速度快、成本高（每比特），因此体积小，而另一端则有大、慢且便宜的内存设备。在现代计算机中，这些通常类似于：

 CPU registers (slightly complicated, but in the order of 1KB per a core - there
                are different types of registers. You might have 16 64 bit
                general purpose registers plus a bunch of registers for special
                purposes)
 L1 cache (64KB per core)
 L2 cache (256KB per core)
 L3 cache (8MB)
 Main memory (8GB)
 HDD (1TB)
 The internet (big)

随着时间的推移，越来越多的缓存级别被添加——我记得曾经有段时间，CPU 没有任何板载缓存，而我还没有老！如今，HDD 配备了板载缓存，并且互联网可以在任意位置进行缓存：内存中、HDD 上，也可能在缓存代理服务器上。

急剧下降（通常是数量级）带宽并增加latency在远离CPU的每一步中。例如，HDD 可能能够以 100MB/s 的速度读取，延迟为 5ms（这些数字可能并不完全正确），而主内存可以以 6.4GB/s 的速度读取，延迟为 9ns（六阶）震级！）。延迟是一个非常重要的因素，因为您不想让 CPU 等待的时间超过其必须的时间（对于具有深层管道的架构尤其如此，但这是另一天的讨论）。

这个想法是，您经常会一遍又一遍地重复使用相同的数据，因此将其放入小型快速缓存中以供后续操作是有意义的。这被称为时间局部性。局部性的另一个重要原则是空间局部性，这表示彼此靠近的内存位置可能会在大约同一时间被读取。正是由于这个原因，从 RAM 读取将导致读取更大的 RAM 块并将其放入 CPU 缓存中。如果没有这些局部性原则，那么内存中的任何位置在任何时候都有相同的机会被读取，因此无法预测接下来将访问什么，以及所有级别的缓存世界上的速度不会提高。您不妨只使用硬盘驱动器，但我确信您知道计算机在分页时突然停止的感觉（这基本上是使用 HDD 作为 RAM 的扩展）。从概念上讲，除了硬盘之外没有内存是可能的（许多小型设备只有一个内存），但这与我们熟悉的相比会慢得令人痛苦。

拥有寄存器（并且只有少量寄存器）的另一个优点是它可以让您拥有较短的指令。如果您的指令包含两个（或更多）64 位地址，那么您将拥有一些长指令！