计算机组成与体系结构：内存接口（Memory Interface）
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什么是内存接口 ？
为什么需要特别设计“接口”？
什么是 MIPS？为什么它和内存接口有关？
内存接口的两种访问方式
串行访问（Serial Access Model）
并行访问（Parallel Access Model）
什么是内存接口 ？
我们可以从最直觉的问题入手：
❓ CPU 要处理数据，那它是怎么和内存沟通、传输数据的？
这就像人要和外界沟通，需要“语言”和“通道”，那么 CPU 也需要某种“协议”或“机制”来访问 memory（内存）。这个“语言和通道”就是：
Memory Interface（内存接口）——它是连接 CPU 和 Memory（内存）之间的通信桥梁。
它解决的本质问题是：
CPU 访问数据的速度 vs 内存响应的速度 严重不匹配，怎么办？
为什么需要特别设计“接口”？
我们可以回到最基础的现实限制：
| 组件 | 执行速度（Cycle） |
|---|---|
| CPU | 几 GHz（1 纳秒级） |
| Memory | 100 纳秒甚至更慢 |
于是你会发现：
❗ CPU 每执行一条指令，可能得等几十个时钟周期才能从内存中拿到数据！
那么问题来了：
怎么让 CPU 不至于“饿死在等待内存数据”时钟周期中？
这就是 Memory Interface（内存接口）设计的出发点。
什么是 MIPS？为什么它和内存接口有关？
我们先解释这个术语：
MIPS（Million Instructions Per Second）中文叫“每秒百万条指令数”，是衡量 CPU 执行速度的指标。
BUT❗ 注意：
MIPS 只反映 CPU 的潜力，不考虑它是否在等待内存！
所以现实中你可能看到：
CPU 有 2 GHz、理应执行 2 Billion 条指令/秒，但实际 MIPS 远低于理论值。
为什么？因为……
🔁 CPU 经常被 慢速 memory interface 拖慢了节奏。
这就说明：
内存接口的效率，直接影响 CPU 的真实性能表现（有效 MIPS）！
内存接口的两种访问方式
什么是 AMAT？
AMAT（Average Memory Access Time）：平均内存访问时间，它是衡量 每一次访问内存时，CPU 平均等待的总时间。由于内存系统通常是多级的（multi-level memory hierarchy，多级内存层次结构），所以我们需要计算一个综合延迟。
这两种公式，其实对应了两种不同的层级访问策略（memory access strategy）
串行访问（Serial Access Model）
在这种模型下：
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CPU 一级一级地访问内存层级：先查 L1 Cache → 如果 Miss 再查 L2 → 如果还 Miss 再查主存（Memory）。
-
每次只访问一个层次，如果命中了，就不继续往下找。
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H1,H2：第1、2级缓存的命中率（hit rate）
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T1,T2,T3：第1、2级缓存和主存的访问时间（access time）
通俗解释：
就像你要在一个大图书馆找一本书：
-
你先去最近的书架（L1）找；
-
找不到再去二楼（L2）；
-
如果还找不到，才去图书馆最深处（Memory）。
每次你只动一步，只有没找到才走下一步。
并行访问（Parallel Access Model）
在这个模型下：
-
所有层级同时开始访问（look-through），但只有命中最低层才使用它的数据。
-
每次你 miss 上一层，就会把前面“浪费掉的等待时间”也算上。
注意这里每层访问时间是累加的，因为所有层是并发启动的，miss 时你还得等前面那几层“白白等的时间”。
通俗解释：
你像是在同时发送3个邮件请求给不同的图书管理员：
-
如果第一个管理员（L1）找到了，他最快回你；
-
如果他没找到，而第二个找到了，你要等 L1 的时间 + L2 的时间；
-
如果前两个都没找到，那你得等 L1 + L2 + 内存 的时间。
每一层你都等了一遍，结果可能还是没拿到你要的书。
串行模型（Serial） 更接近实际硬件层级 Cache 的使用方式（大多数 CPU 是这样设计的）；
并行模型（Parallel） 更适合某些流水线处理场景或预测式 prefetch 架构。