Memory 如果TLB和页表都需要两次内存访问，那么是什么使它们比页表更快？

刚刚开始：

通常存储在主内存中的页表跟踪虚拟页在物理内存中的存储位置。此方法使用两个内存访问（一个用于页表条目，一个用于字节）来访问一个字节。首先，在页表中查找帧编号。第二，带有页偏移量的帧编号给出实际地址。因此，任何简单的虚拟内存方案都会使内存访问时间加倍。因此，TLB用于减少在页表方法中访问内存位置所花费的时间

因此，我好奇的是，为什么TLB实际上更快，因为据我所知，它只是页面表的一个更小、精确的副本

您仍然需要访问TLB来查找物理地址，一旦找到了物理地址，您仍然需要实际访问物理地址处的数据，这是两个查找，就像页表一样

我只能想到TLB速度更快的两个原因：

• 在TLB或page表中查找地址不是O（n）（我假设它是O（1），类似于哈希表）。因此，由于TLB要小得多，因此查找速度更快。同样在这种情况下，为什么不使用哈希表而不是TLB呢

• 我错误地解释了TLB的工作原理，它实际上并没有进行两次访问

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您的假设是正确的，即使用TLB的方法仍然需要2次访问。但使用TLB的方法更快，因为：
TLB由更快的内存组成，称为联想内存
通常我们对物理内存进行2次内存访问，但对于TLB，有1次访问TLB，另一次访问物理内存
联想存储器速度更快，因为它是内容寻址存储器，但由于需要额外的逻辑电路，它的成本也很高

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您可以阅读有关内容寻址内存的信息。
这取决于具体的实现。通常，TLB是CPU中存在的缓存
您仍然需要访问TLB来查找物理地址，一旦找到了物理地址，您仍然需要实际访问物理地址处的数据，这是两个查找，就像页表一样

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CPU访问缓存的速度比通过内存总线访问数据的速度快得多。它正在两次访问两个不同的地方（一个更快，一个更慢）。此外，内存位置也可以缓存在CPU中，在这种情况下，不需要通过内存总线进行访问。
我意识到这个问题已经问了三年了，但由于它仍然是相关的，并且仍然出现在搜索引擎中，我会尽力给出一个完整的答案
通过TLB而不是页表访问主存的速度更快，主要原因有两个：
1。TLB比主存（页表所在的位置）快。
原因有两方面：
• TLB位于CPU内，而主存（因此页表）不在CPU内
• TLB和其他高速缓存一样，由快速且昂贵的SRAM构成，而主内存通常由慢速且廉价的DRAM构成（读取更多）
因此，如果TLB和page表都只需要一次内存访问的假设是正确的，那么TLB命中仍然可以粗略地说将内存访问时间减半。然而，正如我们接下来将看到的，这个假设是不正确的，拥有TLB的好处更大
2。访问页表通常需要多次内存访问。
这才是问题的症结所在
现代CPU倾向于使用以节省内存。最值得注意的是，x86-64页表目前最多由四个级别组成（）。这意味着通过页表访问内存中的单个字节最多需要五次内存访问：页表访问四次，数据访问一次。显然，如果没有TLB，成本将高得令人无法忍受；很容易理解为什么CPU和操作系统工程师投入大量精力来最小化TLB未命中的频率

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最后，请注意，即使是这种解释也有些简化，因为它忽略了数据缓存等内容。现代桌面CPU的详细机制是复杂的，在某种程度上还没有公开。有关此主题的更详细讨论，请参阅，例如。
任何查询都可以。由于现代CPU中存在多级分页，因此认为读取页表需要一次内存访问是不正确的（请参阅我的答案）。+1中提到缓存。除此之外，答案是不完整的，并且忽略了现代CPU使用多级分页这一事实（请参见我的答案），这意味着读取页表需要多个内存访问，而不仅仅是一个。这个答案既有误导性，也有部分错误，它回答了一个完全不同的问题（“为什么TLB访问时间恒定？”）。使TLB比主存更快的不是内容寻址能力——这意味着访问时间是恒定的，这对主存也是如此。另外，由于多级分页（参见我的答案），两种情况下都需要两次内存访问的假设是不正确的。是否有任何真实世界的CPU设计具有分页虚拟内存，但没有至少一个小TLB，比如至少一个条目？我不认为这是你的意思，但更好的措辞可能是“如果没有TLB，我们必须在每次加载、存储和代码提取时遍历页表（通过L1d缓存访问），每个体系结构内存访问需要2到4次额外访问”。事实上，TLB通常与一级缓存并行访问（从中提取标记/数据）