這個問題應該從cpu、寄存器和內(nèi)存單元的物理結構來看。

圖1

上圖是一個手畫的cpu訪問寄存器和內(nèi)存的簡單結構圖，從圖中我們看到，寄存器是在cpu芯片的內(nèi)部，內(nèi)存是在cpu的外部。僅此一點，我們就可以理解為什么cpu訪問寄存器的速度比內(nèi)存要快。

為了進一步加深對這個問題的理解，參考圖2和圖3：

圖2

圖2是cpu內(nèi)部結構圖。從圖中可以看到，要執(zhí)行的指令、執(zhí)行指令的電路部分以及ALU和寄存器是通過總線直接連在一起的。

圖3

從圖3可以看出，存儲器處于cpu的外部，cpu要對存儲單元進行訪問，就必須通過地址總線。這里的寄存器是指R0,R1等。

圖4

圖4是一個簡單的寄存器電路。

圖5

我們知道，一個內(nèi)存地址分為段地址和偏移地址，兩者相加才會形成一個實際的物理地址，這部分由專門的電路完成，如圖5，這個電路也處于cpu的內(nèi)部，但它產(chǎn)生的物理地址必須輸出到cpu外部的地址譯碼器。

圖6

圖6是一塊內(nèi)存電路，包括地址譯碼器和內(nèi)存電路。

圖7

圖7是上面幾部分的連接示意圖。圖下面的譯碼器代表指令執(zhí)行電路，左上角是寄存器，上部中間是內(nèi)存地址形成電路，這三部分都在cpu芯片的內(nèi)部。右上角藍色部分是地址譯碼器和內(nèi)存電路，兩者處于cpu的外部。

假設一條指令的機器碼由下部譯碼器的輸入端A0,A1,A2等引腳輸入，由此可以明顯看出，如果這條指令中分別用到了寄存器和內(nèi)存單元，兩者的訪問速度肯定存在著明顯的差別。