目錄

什么是內存接口 ？

為什么需要特別設計“接口”？

什么是 MIPS？為什么它和內存接口有關？

內存接口的兩種訪問方式

串行訪問（Serial Access Model）

并行訪問（Parallel Access Model）

---

什么是內存接口 ？

我們可以從最直覺的問題入手：

? CPU 要處理數據，那它是怎么和內存溝通、傳輸數據的？

這就像人要和外界溝通，需要“語言”和“通道”，那么 CPU 也需要某種“協議”或“機制”來訪問 memory（內存）。這個“語言和通道”就是：

Memory Interface（內存接口）——它是連接 CPU 和 Memory（內存）之間的通信橋梁。

它解決的本質問題是：

CPU 訪問數據的速度 vs 內存響應的速度 嚴重不匹配，怎么辦？

為什么需要特別設計“接口”？

我們可以回到最基礎的現實限制：

組件	執行速度（Cycle）
CPU	幾 GHz（1 納秒級）
Memory	100 納秒甚至更慢

于是你會發現：

? CPU 每執行一條指令，可能得等幾十個時鐘周期才能從內存中拿到數據！

那么問題來了：

怎么讓 CPU 不至于“餓死在等待內存數據”時鐘周期中？

這就是 Memory Interface（內存接口）設計的出發點。

什么是 MIPS？為什么它和內存接口有關？

我們先解釋這個術語：

MIPS（Million Instructions Per Second）中文叫“每秒百萬條指令數”，是衡量 CPU 執行速度的指標。

BUT? 注意：

MIPS 只反映 CPU 的潛力，不考慮它是否在等待內存！

所以現實中你可能看到：

CPU 有 2 GHz、理應執行 2 Billion 條指令/秒，但實際 MIPS 遠低于理論值。

為什么？因為……

🔁 CPU 經常被 慢速 memory interface 拖慢了節奏。

這就說明：

內存接口的效率，直接影響 CPU 的真實性能表現（有效 MIPS）！

內存接口的兩種訪問方式

什么是 AMAT？

AMAT（Average Memory Access Time）：平均內存訪問時間，它是衡量 每一次訪問內存時，CPU 平均等待的總時間。由于內存系統通常是多級的（multi-level memory hierarchy，多級內存層次結構），所以我們需要計算一個綜合延遲。?

這兩種公式，其實對應了兩種不同的層級訪問策略（memory access strategy）

串行訪問（Serial Access Model）

在這種模型下：

• CPU 一級一級地訪問內存層級：先查 L1 Cache → 如果 Miss 再查 L2 → 如果還 Miss 再查主存（Memory）。

• 每次只訪問一個層次，如果命中了，就不繼續往下找。

• H1?,H2?：第1、2級緩存的命中率（hit rate）

• T1?,T2?,T3?：第1、2級緩存和主存的訪問時間（access time）

??

通俗解釋：

就像你要在一個大圖書館找一本書：

• 你先去最近的書架（L1）找；

• 找不到再去二樓（L2）；

• 如果還找不到，才去圖書館最深處（Memory）。

每次你只動一步，只有沒找到才走下一步。

并行訪問（Parallel Access Model）

在這個模型下：

• 所有層級同時開始訪問（look-through），但只有命中最低層才使用它的數據。

• 每次你 miss 上一層，就會把前面“浪費掉的等待時間”也算上。

注意這里每層訪問時間是累加的，因為所有層是并發啟動的，miss 時你還得等前面那幾層“白白等的時間”。?

?

通俗解釋：

你像是在同時發送3個郵件請求給不同的圖書管理員：

• 如果第一個管理員（L1）找到了，他最快回你；

• 如果他沒找到，而第二個找到了，你要等 L1 的時間 + L2 的時間；

• 如果前兩個都沒找到，那你得等 L1 + L2 + 內存 的時間。

每一層你都等了一遍，結果可能還是沒拿到你要的書。

?

?

串行模型（Serial） 更接近實際硬件層級 Cache 的使用方式（大多數 CPU 是這樣設計的）；

并行模型（Parallel） 更適合某些流水線處理場景或預測式 prefetch 架構。

?