用来暂存/记忆数据的的硬件
为什么寄存器比内存快？
作者： 阮一峰
日期： 2013年10月14日
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。
同样都是晶体管存储设备，为什么寄存器比内存快呢？
Mike Ash写了一篇很好的解释，非常通俗地回答了这个问题，有助于加深对硬件的理解。下面就是我的简单翻译。
原因一：距离不同
距离不是主要因素，但是最好懂，所以放在最前面说。内存离CPU比较远，所以要耗费更长的时间读取。
以3GHz的CPU为例，电流每秒钟可以振荡30亿次，每次耗时大约为0.33纳秒。光在1纳秒的时间内，可以前进30厘米。也就是说，在CPU的一个时钟周期内，光可以前进10厘米。因此，如果内存距离CPU超过5厘米，就不可能在一个时钟周期内完成数据的读取，这还没有考虑硬件的限制和电流实际上达不到光速。相比之下，寄存器在CPU内部，当然读起来会快一点。
距离对于桌面电脑影响很大，对于手机影响就要小得多。手机CPU的时钟频率比较慢（iPhone 5s为1.3GHz），而且手机的内存紧挨着CPU。
原因二：硬件设计不同
苹果公司新推出的iPhone 5s，CPU是A7，寄存器有6000多位（31个64位寄存器，加上32个128位寄存器）。而iPhone 5s的内存是1GB，约为80亿位（bit）。这意味着，高性能、高成本、高耗电的设计可以用在寄存器上，反正只有6000多位，而不能用在内存上。因为每个位的成本和能耗只要增加一点点，就会被放大80亿倍。
事实上确实如此，内存的设计相对简单，每个位就是一个电容和一个晶体管，而寄存器的设计则完全不同，多出好几个电子元件。并且通电以后，寄存器的晶体管一直有电，而内存的晶体管只有用到的才有电，没用到的就没电，这样有利于省电。这些设计上的因素，决定了寄存器比内存读取速度更快。
原因三：工作方式不同
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。
（完）
Stack的三种含义
作者： 阮一峰
日期： 2013年11月29日
学习编程的时候，经常会看到stack这个词，它的中文名字叫做”栈”。
理解这个概念，对于理解程序的运行至关重要。容易混淆的是，这个词其实有三种含义，适用于不同的场合，必须加以区分。
含义一：数据结构
stack的第一种含义是一组数据的存放方式，特点为LIFO，即后进先出（Last in, first out）。
在这种数据结构中，数据像积木那样一层层堆起来，后面加入的数据就放在最上层。使用的时候，最上层的数据第一个被用掉，这就叫做”后进先出”。
与这种结构配套的，是一些特定的方法，主要为下面这些。
push：在最顶层加入数据。
pop：返回并移除最顶层的数据。
top：返回最顶层数据的值，但不移除它。
isempty：返回一个布尔值，表示当前stack是否为空栈。
含义二：代码运行方式
stack的第二种含义是”调用栈”（call stack），表示函数或子例程像堆积木一样存放，以实现层层调用。
下面以一段Java代码为例（来源）。
class Student{
int age;
String name;
public Student(int Age, String Name)
{
this.age = Age;
setName(Name);
}
public void setName(String Name)
{
this.name = Name;
}
}
public class Main{
public static void main(String[] args) {
Student s;
s = new Student(23,”Jonh”);
}
}
上面这段代码运行的时候，首先调用main方法，里面需要生成一个Student的实例，于是又调用Student构造函数。在构造函数中，又调用到setName方法。
这三次调用像积木一样堆起来，就叫做”调用栈”。程序运行的时候，总是先完成最上层的调用，然后将它的值返回到下一层调用，直至完成整个调用栈，返回最后的结果。
含义三：内存区域
stack的第三种含义是存放数据的一种内存区域。程序运行的时候，需要内存空间存放数据。一般来说，系统会划分出两种不同的内存空间：一种叫做stack（栈），另一种叫做heap（堆）。
它们的主要区别是：stack是有结构的，每个区块按照一定次序存放，可以明确知道每个区块的大小；heap是没有结构的，数据可以任意存放。因此，stack的寻址速度要快于heap。
其他的区别还有，一般来说，每个线程分配一个stack，每个进程分配一个heap，也就是说，stack是线程独占的，heap是线程共用的。此外，stack创建的时候，大小是确定的，数据超过这个大小，就发生stack overflow错误，而heap的大小是不确定的，需要的话可以不断增加。
根据上面这些区别，数据存放的规则是：只要是局部的、占用空间确定的数据，一般都存放在stack里面，否则就放在heap里面。请看下面这段代码（来源）。
public void Method1()
{
int i=4;
int y=2;
class1 cls1 = new class1();
}
上面代码的Method1方法，共包含了三个变量：i, y 和 cls1。其中，i和y的值是整数，内存占用空间是确定的，而且是局部变量，只用在Method1区块之内，不会用于区块之外。cls1也是局部变量，但是类型为指针变量，指向一个对象的实例。指针变量占用的大小是确定的，但是对象实例以目前的信息无法确知所占用的内存空间大小。
这三个变量和一个对象实例在内存中的存放方式如下。
从上图可以看到，i、y和cls1都存放在stack，因为它们占用内存空间都是确定的，而且本身也属于局部变量。但是，cls1指向的对象实例存放在heap，因为它的大小不确定。作为一条规则可以记住，所有的对象都存放在heap。
接下来的问题是，当Method1方法运行结束，会发生什么事？
回答是整个stack被清空，i、y和cls1这三个变量消失，因为它们是局部变量，区块一旦运行结束，就没必要再存在了。而heap之中的那个对象实例继续存在，直到系统的垃圾清理机制（garbage collector）将这块内存回收。因此，一般来说，内存泄漏都发生在heap，即某些内存空间不再被使用了，却因为种种原因，没有被系统回收。
（完）