二級緩存是什么？一級緩存是什么？

二級緩存是什么?

CPU緩存(Cache Memory)位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器，它的容量比內(nèi)存小但交換速度快。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分，但這一小部分是短時間內(nèi)CPU即將訪問的，當(dāng)CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時，就可避開內(nèi)存直接從緩存中調(diào)用，從而加快讀取速度。最初緩存只有一級，二級緩存(L2 CACHE)出現(xiàn)是為了協(xié)調(diào)一級緩存與內(nèi)存之間的速度。二級緩存比一級緩存速度更慢，容量更大，主要就是做一級緩存和內(nèi)存之間數(shù)據(jù)臨時交換的地方用。實際上，現(xiàn)在Intel和AMD處理器在一級緩存的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計上有所不同，所以二級緩存對CPU性能的影響也不盡相同。

工作原理

緩存的工作原理是當(dāng)CPU要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從緩存中查找，如果找到就立即讀取并送給CPU處理;如果沒有找到，就用相對慢的速度從內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入緩存中，可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進(jìn)行，不必再調(diào)用內(nèi)存。

緩存的利用率

CPU在緩存中找到有用的數(shù)據(jù)被稱為命中，當(dāng)緩存中沒有CPU所需的數(shù)據(jù)時(這時稱為未命中)，CPU才訪問內(nèi)存。從理論上講，在一顆擁有二級緩存的CPU中，讀取一級緩存的命中率為80%。也就是說CPU一級緩存中找到的有用數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)總量的80%，剩下的20%從二級緩存中讀取。由于不能準(zhǔn)確預(yù)測將要執(zhí)行的數(shù)據(jù)，讀取二級緩存的命中率也在80%左右(從二級緩存讀到有用的數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的16%)。那么還有的數(shù)據(jù)就不得不從內(nèi)存調(diào)用，但這已經(jīng)是一個相當(dāng)小的比例了。目前的較高端的CPU中，還會帶有三級緩存，它是為讀取二級緩存后未命中的數(shù)據(jù)設(shè)計的—種緩存，在擁有三級緩存的CPU中，只有約5%的數(shù)據(jù)需要從內(nèi)存中調(diào)用，這進(jìn)一步提高了CPU的效率。

為了保證CPU訪問時有較高的命中率，緩存中的內(nèi)容應(yīng)該按一定的算法替換。一種較常用的算法是“最近最少使用算法”(LRU算法)，它是將最近一段時間內(nèi)最少被訪問過的行淘汰出局。因此需要為每行設(shè)置一個計數(shù)器，LRU算法是把命中行的計數(shù)器清零，其他各行計數(shù)器加1。當(dāng)需要替換時淘汰行計數(shù)器計數(shù)值最大的數(shù)據(jù)行出局。這是一種高效、科學(xué)的算法，其計數(shù)器清零過程可以把一些頻繁調(diào)用后再不需要的數(shù)據(jù)淘汰出緩存，提高緩存的利用率。

處理器緩存

所謂處理器緩存，通常指的是二級高速緩存，或外部高速緩存。即高速緩沖存儲器，是位于CPU和主存儲器DRAM(Dynamic RAM)之間的規(guī)模較小的但速度很高的存儲器，通常由SRAM(靜態(tài)隨機存儲器)組成。用來存放那些被CPU頻繁使用的數(shù)據(jù)，以便使CPU不必依賴于速度較慢的DRAM(動態(tài)隨機存儲器)。L2高速緩存一直都屬于速度極快而價格也相當(dāng)昂貴的一類內(nèi)存，稱為SRAM(靜態(tài)RAM)，SRAM(Static RAM)是靜態(tài)存儲器的英文縮寫。由于SRAM采用了與制作CPU相同的半導(dǎo)體工藝，因此與動態(tài)存儲器DRAM比較，SRAM的存取速度快，但體積較大，價格很高。

一級緩存是什么?

一級緩存都內(nèi)置在CPU內(nèi)部并與CPU同速運行，可以有效的提高CPU的運行效率。一級緩存越大，CPU的運行效率越高，但受到CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制，一級緩存的容量都很小。

CPU緩存(Cache Memory)是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器，它的容量比內(nèi)存小的多但是交換速度卻比內(nèi)存要快得多。緩存的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運算速度與內(nèi)存讀寫速度不匹配的矛盾，因為CPU運算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多，這樣會使CPU花費很長時間等待數(shù)據(jù)到來或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分，但這一小部分是短時間內(nèi)CPU即將訪問的，當(dāng)CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時，就可避開內(nèi)存直接從緩存中調(diào)用，從而加快讀取速度。由此可見，在CPU中加入緩存是一種高效的解決方案，這樣整個內(nèi)存儲器(緩存+內(nèi)存)就變成了既有緩存的高速度，又有內(nèi)存的大容量的存儲系統(tǒng)了。緩存對CPU的性能影響很大，主要是因為CPU的數(shù)據(jù)交換順序和CPU與緩存間的帶寬引起的。

分類

一級緩存可以分為一級數(shù)據(jù)緩存(Data Cache，D-Cache)和一級指令緩存(Instruction Cache，I-Cache)。二者分別用來存放數(shù)據(jù)以及對執(zhí)行這些數(shù)據(jù)的指令進(jìn)行即時解碼，而且兩者可以同時被CPU訪問，減少了爭用Cache所造成的沖突，提高了處理器效能。目前大多數(shù)CPU的一級數(shù)據(jù)緩存和一級指令緩存具有相同的容量，例如AMD的Athlon XP就具有64KB的一級數(shù)據(jù)緩存和64KB的一級指令緩存，其一級緩存就以64KB+64KB來表示，其余的CPU的一級緩存表示方法以此類推。

數(shù)據(jù)緩存設(shè)計

根據(jù)工作原理的不同，目前主流處理器所采用的一級數(shù)據(jù)緩存又可以分為實數(shù)據(jù)讀寫緩存和數(shù)據(jù)代碼指令追蹤緩存2種，它們分別被AMD和Intel所采用。