計算機的存儲層次（memory hierarchy）之中，寄存器（register）最快，內存其次，最慢的是硬盤。
　　　　

　　相同都是晶體管存儲設備，為什麽寄存器比內存快呢？

原因一：距離不同

　　距離不是主要因素，可是最好懂，所以放在最前面說。內存離CPU比較遠。所以要耗費更長的時間讀取。

　　以3GHz的CPU為例，電流每秒鐘能夠振蕩30億次。每次耗時大約為0.33納秒。

光在1納秒的時間內，能夠前進30厘米。也就是說。在CPU的一個時鐘周期內。光能夠前進10厘米。

因此。假設內存距離CPU超過5厘米。就不可能在一個時鐘周期內完畢數據的讀取。這還沒有考慮硬件的限制和電流實際上達不到光速。相比之下，寄存器在CPU內部，當然讀起來會快一點。
　　距離對於桌面電腦影響非常大。對於手機影響就要小得多。手機CPU的時鐘頻率比較慢（iPhone 5s為1.3GHz）。並且手機的內存緊挨著CPU。

原因二：硬件設計不同

　　蘋果公司新推出的iPhone 5s，CPU是A7。寄存器有6000多位（31個64位寄存器，加上32個128位寄存器）。而iPhone 5s的內存是1GB，約為80億位（bit）。

這意味著。高性能、高成本、高耗電的設計能夠用在寄存器上，反正僅僅有6000多位，而不能用在內存上。

由於每一個位的成本和能耗僅僅要添加一點點，就會被放大80億倍。

　　其實確實如此，內存的設計相對簡單，每一個位就是一個電容和一個晶體管。而寄存器的設計則全然不同，多出好幾個電子元件。並且通電以後，寄存器的晶體管一直有電，而內存的晶體管僅僅實用到的才有電，沒用到的就沒電，這樣有利於省電。

這些設計上的因素，決定了寄存器比內存讀取速度更快。

原因三：工作方式不同

　　寄存器的工作方式非常easy。僅僅有兩步：（1）找到相關的位。（2）讀取這些位。
　　內存的工作方式就要復雜得多：
　　（1）找到數據的指針。（指針可能存放在寄存器內。所以這一步就已經包含寄存器的所有工作了）

　　（2）將指針送往內存管理單元（MMU），由MMU將虛擬的內存地址翻譯成實際的物理地址。

　　（3）將物理地址送往內存控制器（memory controller）。由內存控制器找出該地址在哪一根內存插槽（bank）上。
　　（4）確定數據在哪一個內存塊（chunk）上。從該塊讀取數據。
　　（5）數據先送回內存控制器，再送回CPU，然後開始使用。

　　內存的工作流程比寄存器多出很多步。每一步都會產生延遲。累積起來就使得內存比寄存器慢得多。

　　為了緩解寄存器與內存之間的巨大速度差異。硬件設計師做出了很多努力。包含在CPU內部設置緩存、優化CPU工作方式。盡量一次性從內存讀取指令所要用到的所有數據等等。

為什麽寄存器比內存快？