c - CPU如何从内存中读取数据？缓存如何发挥重要作用

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我写了一段代码，在其中我将内存分配给变量Bextradata（它是结构的成员，也使用malloc分配了该结构），如下所示：

 Bextradata = (U8_WMC *) malloc(Size);
 memset(Bextradata, 0,Size);
 memcpy(BextraData,pdata + 18,Size);

然后再尝试一次在其他文件中读取此变量，那么该变量将如何从内存中读取，会将其放置在缓存中还是从主内存中读取。

提前致谢

最佳答案

在您了解CPU的工作原理之前，您需要了解一些术语。 CPU由ALU（用于算术和逻辑运算），控制单元和一堆寄存器组成。 CPU中的寄存器数量取决于体系结构并有所不同。当前存在的寄存器类型为通用寄存器，专用寄存器指令指针和其他一些寄存器。您可以阅读有关它们的信息。现在，当我们通常说32位处理器或64位处理器时，我们指的是CPU寄存器的大小。

现在让我们看下面的代码：

int a = 10;
int b = 20;
a = a + b;

加载上述程序后，其指令将存储在主存储器中。程序中的每条指令都存储在主存储器中的某个位置。每个位置都有一个特定的大小（再次取决于体系结构，但是我们假设它是一个字节）。每个位置都有一个地址。 RAM中特定位置的地址大小等于指令指针的大小。在64位系统中，指令指针的大小为64位。这意味着它可以寻址多达2 ^ 64-1个位置。而且由于1个位置通常为1个字节，因此理论上对于64位系统，总RAM可能为16艾字节。（对于32位系统是2 ^ 32-1〜4 GB）

现在让我们看一下第一条指令a =10。这是一个存储操作。计算机可以执行以下基本操作-加，乘，减，除，存储，跳转等。您可以阅读任何处理器的指令集，以获取更多信息。指令集又因系统而异。回来，当程序加载到内存中时，指令指针指向第一个地址或基址。在这种情况下，它是a =10。该位置的内容被带到CPU的通用寄存器之一。由此，将其带到ALU，该ALU知道这是一个存储操作（添加了其他位以将其表示为存储操作）。然后，ALU将其存储到RAM以及高速缓存中的位置之一。将其存储在缓存中的决定取决于编译器和一个称为硬件预取的概念。当编译器解析程序时，它会看到常用变量并将其存储在缓存中。在这种情况下，我们可以看到将再次使用变量“ a”，以便编译器向程序添加其他中间指令，并将其也存储在高速缓存中。为什么？快速访问。（关于速度，请始终记住寄存器>缓存> RAM>光盘）

在执行第一条指令之后，指令指针将递增，并且现在指向第二条指令，即b =20。这同样发生。

第三个是a = a + b。为此，实际上有四个操作（如果您从汇编级别看），分别是：1）获取a，2）获取b，3）添加a和b，4）将结果存储在a中。现在，由于变量a和b存在于高速缓存中，因此它们是从那些位置带来的。然后将它们相加并将结果存储回a。

希望您了解它的工作原理。

您还需要知道，当程序被加载到主存储器中时，它会占用一定的空间。该空间称为段。它具有一个基本地址和一个最终地址。您可以将基地址假定为第一条指令，将最终地址假定为最后一条指令。如果从程序中尝试取消引用从该段外部指向的指针，则会出现著名的错误-分段错误。例如：

int *ptr = NULL;
printf(*ptr);

这将给我带来分段错误，因为我正试图取消对存储一个值为NULL的地址的指针的引用，并且由于NULL不在分段中，因此会出现段错误。