文档介绍：CPU 缓存编辑本段简介缓存大小也是 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, CP U 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。但是由于 CPU 芯片面积和成本的因素来考虑, 缓存都很小。编辑本段概念 L1 Cache( 一级缓存)是 CPU 第一层高速缓存, 分为数据缓存和指令缓存。内置的 L1 高速缓存的容量和结构对 CPU 的性能影响较大, 不过高速缓冲存储器均由静态 RAM 组成, 结构较复杂,在 CP U 管芯面积不能太大的情况下, L1 级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器 CPU 的 L1 缓存的容量通常在 32 — 256KB 。 L2 Cache( 二级缓存)是 CPU 的第二层高速缓存,分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同, 而外部的二级缓存则只有主频的一半。 L2 高速缓存容量也会影响 CPU 的性能, 原则是越大越好, 现在家庭用 CPU 容量最大的是 4MB , 而服务器和工作站上用 CPU 的 L2 高速缓存更高达 2MB — 4MB ,有的高达 8MB 或者 19MB 。 L3 Cache( 三级缓存), 分为两种, 早期的是外置, 现在的都是内置的。而它的实际作用即是,L3 缓存的应用可以进一步降低内存延迟, 同时提升大数据量计算时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加 L3 缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大 L3 缓存的配置利用物理内存会更有效,故它比较慢的磁盘 I/O 子系统可以处理更多的数据请求。具有较大 L3 缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。其实最早的 L3 缓存被应用在 AMD 发布的 K6-III 处理器上,当时的 L3 缓存受限于制造工艺,并没有被集成进芯片内部,而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的 L3 缓存同主内存其实差不了多少。后来使用 L3 缓存的是英特尔为服务器市场所推出的 Itanium 处理器。接着就是 P4E E 和至强 MP 。 Intel 还打算推出一款 9MB L3 缓存的 Itanium2 处理器,和以后 24MB L3 缓存的双核心 Itanium2 处理器。但基本上 L3 缓存对处理器的性能提高显得不是很重要, 比方配备 1MB L3 缓存的 Xeon MP 处理器却仍然不是 Opteron 的对手,由此可见前端总线的增加,要比缓存增加带来更有效的性能提升。编辑本段作用速缓冲存储器 Cache 是位于 CPU 与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小但交换速度快。在 Cache 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 CP U 调用大量数据时, 就可避开内存直接从 Cache 中调用, 从而加快读取速度。由此可见,在 CPU 中加入 Cache 是一种高效的解决方案, 这样整个内存储器( Cache+ 内存) 就变成了既有 Cache 的高速度, 又有内存的大容量的存储系统了。 Cache 对 CPU 的性能影响很大, 主要是因为 CPU 的数据交换顺序和 CPU 与 Cache 间的带宽引起的。编辑本段高速缓存的工作原理 1 、读取顺序 CPU 要读取一个数据时, 首先从 Cache 中查找, 如果找到就立即读取并送给 CPU 处理; 如果没有找到, 就用相对慢的速度从内存中读取并送给 CPU 处理, 同时把这个数据所在的数据块调入 Cach e 中,可以使得以后对整块数据的读取都从 Cache 中进行,不必再调用内存。正是这样的读取机制使 CPU 读取 Cache 的命中率非常高(大多数 CPU 可达 90% 左右),也就是说 CPU 下一次要读取的数据 90% 都在 Cache 中,只有大约 10% 需要从内存读取。这大大节省了 CPU 直接读取内存的时间, 也使 CPU 读取数据时基本无需等待。总的来说, CPU 读取数据的顺序是先 Cache 后内存。 2 、缓存分类前面是把 Cache 作为一个整体来考虑的, 现在要分类分析了。 Intel 从 Pentium 开始将 Cache 分开, 通常分为一级高速缓存 L1 和二级高速缓存 L2 。在以往的观念中, L1 Cache 是集成在 CPU 中的, 被称为片内 Cache 。在 L1 中还分数据 Cache ( I-Cache )和指令 Cache ( D-Cache )。它们分别用来