2个基本的电脑问题

Question

问题1：

内部寄存器和内部缓存到底在哪里？我知道当一个程序加载到主内存时它包含一个文本部分，一个堆栈，一个堆等等。但是寄存器位于主存储器的固定区域中，还是物理上位于CPU上并且不驻留在主存储器中？这也适用于缓存吗？

问题2：

设备控制器如何使用直接内存访问而不使用CPU在本地缓冲区和主内存之间调度/移动数据？

Answer 1

基本答案：

1. CPU registers直接在CPU上。 L1，L2和L3 caches通常在片上;但是，它们可能在多个内核或处理器之间共享，因此它们并不总是“物理上位于CPU上”。然而，他们也从未成为主要记忆的一部分。一般原则是内存越接近CPU，它就越快，越昂贵（因此越小）。高速缓存中的每个项目都具有与之关联的特定主存储器地址（但是，相同的插槽可以在不同时间与不同的地址相关联）。但是，寄存器和主存储器之间没有直接关联。这就是为什么如果你在C中使用register关键字（不是经常需要它，因为编译器通常是一个更好的优化器），你就不能使用&运算符。
2. DMA控制器直接执行传输。 CPU监视总线，因此它知道何时“在其后面”进行更改，这会使其缓存无效。

Answer 2

即使CPU是中央处理单元，它也不是唯一的“移动器和振动器”。设备存在于总线，CPU和RAM上。现代总线允许设备与RAM通信而不涉及CPU。一些设备只需通过更改设备轮询的RAM就可以编程。设备驱动程序可能会轮询设备正在写入的RAM，但通常CPU会从设备接收中断，告知它已经准备好读取RAM中的某些内容。

因此，在回答您的问题2时，CPU不涉及总线上的内存传输，除非涉及高速缓存行无效的高速缓存一致性消息。请记住，场景很棘手。当设备决定修改字节40时，CPU可能已在高速缓存行上修改了字节1.需要在设备修改数据之前将该高速缓存行从CPU中取出，但无论如何，在x86上，该活动由总线，而不是CPU。