CPU缓存是什么?一二三级缓存哪个对CPU最重要?

2018-04-26 09:37:04 电脑百事网
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我们知道,CPU性能是主要由CPU构架、核心线程数量、主频、缓存等诸多因素共同决定,而“缓存”是很多网友容易忽视的一个地方。那么,CPU缓存是什么?在电脑CPU中,一二三级缓存究竟谁对CPU性能影响最重要呢?下面“电脑百事网”小编就来带大家全面科普一下。

CPU缓存是什么?一二三级缓存哪个对CPU最重要?

CPU的一二三级缓存哪个重要?

CPU缓存是什么?

CPU缓存(Cache Memory)是位于CPU与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。CPU高速缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾,因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多,这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就可先缓存中调用,从而加快读取速度。

CPU缓存是什么?一二三级缓存哪个对CPU最重要?

CPU缓存

缓存大小是CPU的重要指标之一,而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大,CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时,CPU往往需要重复读取同样的数据块,而缓存容量的增大,可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率,而不用再到内存或者硬盘上寻找,以此提高系统性能。但是从CPU芯片面积和成本的因素来考虑,缓存都很小。

CPU缓存是什么?一二三级缓存哪个对CPU最重要?
CPU缓存设计示意图

按照数据读取顺序和与CPU结合的紧密程度,CPU缓存可以分为一级缓存,二级缓存,如今主流CPU还有三级缓存,甚至有些CPU还有四级缓存。每一级缓存中所储存的全部数据都是下一级缓存的一部分,这三种缓存的技术难度和制造成本是相对递减的,所以其容量也是相对递增的。

为什么CPU会有L1、L2、L3这样的缓存设计?主要是因为现在的处理器太快了,而从内存中读取数据实在太慢(一个是因为内存本身速度不够,另一个是因为它离CPU太远了,总的来说需要让CPU等待几十甚至几百个时钟周期),这个时候为了保证CPU的速度,就需要延迟更小速度更快的内存提供帮助,而这就是缓存,如下图所示。

CPU缓存是什么?一二三级缓存哪个对CPU最重要?

当CPU要读取一个数据时,首先从一级缓存中查找,如果没有找到再从二级缓存中查找,如果还是没有就从三级缓存或内存中查找。一般来说,每级缓存的命中率大概都在80%左右,也就是说全部数据量的80%都可以在一级缓存中找到,只剩下20%的总数据量才需要从二级缓存、三级缓存或内存中读取,由此可见一级缓存是整个CPU缓存架构中最为重要的部分。

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