‘壹’ 缓存是什么,有何功能
缓存是临时文件交换区,计算机内最大的缓存就是内存。如果CPU直接读取硬盘里的数据,那会很慢的,所以数据会被预先从硬盘读取到缓存中,再由CPU读取,这样就能加快读取速度了。反之你点保存时,是将缓存中处理过的数据移到硬盘中
‘贰’ 电脑中的二级缓存有什么用它跟电脑内存的功能各是什么对电脑的性能有什么影响
更大的二级缓存以及前端总线带宽使得电脑具备了更好的游戏性能。
在游戏中,L2使得一些图形芯片处理国家流畅,尤其是3D浮点运算能力的增加,最好的例子就是DOOM3的弹道预测!
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说到CPU,不得不说的就是CPU缓存,目前CPU的缓存已经成了衡量CPU性能的一个必要指标,那么CPU缓存到底对CPU性能的影响有多大呢?
我们知道,CPU执行指令时,会将执行结果放在一个叫“寄存器”的元件中,由于“寄存器”集成在CPU内部,与ALU等构成CPU的重要元件,因此寄存器中的指令很快被CPU所访问,但毕竟寄存器的容量太小,CPU所需的大量指令和数据还在内存(RAM)当中,所以CPU为了完成指令操作,需要频繁地向内存发送接收指令、数据。
由于内存的处理速度远远低于CPU,所以传统的系统瓶颈在这里就产生了,CPU在处理指令时往往花费很多时间在等待内存做准备工作。
为了解决这个问题,人们在CPU内集成了一个比内存快许多的“Cache”,这就是最早的“高速缓存”。
L1高速缓存是与CPU完全同步运行的存储器,也就是我们常说的一级缓存,如果CPU需要的数据和指令已经在高速缓存中了,那么CPU不必等待,直接就可以从一级缓存(L1)中取得数据,如果数据不在L1中,CPU再从二级缓存(L2)中提取数据,大大提高了系统的工作效率。
趣谈CPU缓存工作原理
没有CPU缓存前
我们可以形象地把CPU的运算单元想象成是一间坐落在城市中心的工厂,把内存看成是工厂设置在郊区的一间面积很大的仓库A。
工厂生产所需要的原材料每次都要花时间去远处的仓库A调运,而且到达仓库后,还要等待仓库准备好材料,中间浪费了不少时间。这就是CPU频率未变的情况下,CPU与内存的数据交换不同步的现象。
而突然有一天,由于资金短缺,仓库A从近郊区“搬到”了远郊区,这样原料和成品在工厂与仓库A之间的运输所花费的时间就更长了,工厂生产所需的原料供应不足,经常处于空运转的状态下。这就是说当CPU频率增加后,CPU与内存交换数据等待需时间会变得更长。
增加L1Cache
要解决CPU与内存交换数据不同步这个系统瓶颈问题,其中一个办法是在靠近工厂的市区设置一个小型的仓库B(L1Cache)。
平时把生产最迫切需要、用得最多的原材料(指令和数据)从仓库A(内存)调配到仓库B(L1Cache),这样工厂生产所需要的原材料就可以很快地调配过来,减少空运转的时间。当所需的原材料在仓库B中找不到(缓存未命中)时,仍然要到仓库A(内存)里调配,虽然无可避免地使工厂又进入空运转,或部分空运转(CPU等待若干个时钟周期),但这样毕竟使等待时间大大降低了。
小知识:缓存有一个“预读”功能,也就是可以通过一定的算法,猜测接下来所要的数据,并预先取入缓存。
再添L2Cache
随着CPU的频率提高,与内存之间交换数据不同步的现象更明显了,可以理解为仓库A(内存)搬离郊区,迁到更远的地方了。解决这一问题的一个更好的办法就是在城市的边缘再设立一个比仓库B大的仓库C,也就是我们说的二级缓存。
它的作用是把郊区之外的仓库A(内存)中最迫切用的材料(指令)运到仓库C,而工厂如果在仓库B中找不到所需的材料,就可以到仓库C中找,而不必老远跑到仓库A那里找,节省了不少时间。
通常情况下,L2包括L1所有的数据,另外还有一些附加的数据。换言之,L1与L2、L2与内存之间是子母关系,所以CPU缓存的出现更有效地解决了CPU空等待所造成的资源浪费问题。
CPU缓存越大越好?
当然,CPU缓存并不是越大越好,因为缓存采用的是速度快、价格昂贵的静态RAM(SRAM),由于每个SRAM内存单元都是由4~6个晶体管构成,增加缓存会带来CPU集成晶体管个数大增,发热量也随之增大,给设计制造带来很大的难度。所以就算缓存容量做得很大,但如果设计不合理会造成缓存的延时,CPU的性能也未必得到提高
CPU缓存(Cache Memory)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,就可避开内存直接从缓存中调用,从而加快读取速度。由此可见,在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案,这样整个内存储器(缓存+内存)就变成了既有缓存的高速度,又有内存的大容量的存储系统了。缓存对CPU的性能影响很大,主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带宽引起的。
缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时,首先从缓存中查找,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缓存中,可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行,不必再调用内存。
正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率非常高(大多数CPU可达90%左右),也就是说CPU下一次要读取的数据90%都在缓存中,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缓存后内存。
最早先的CPU缓存是个整体的,而且容量很低,英特尔公司从Pentium时代开始把缓存进行了分类。当时集成在CPU内核中的缓存已不足以满足CPU的需求,而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量。因此出现了集成在与CPU同一块电路板上或主板上的缓存,此时就把 CPU内核集成的缓存称为一级缓存,而外部的称为二级缓存。一级缓存中还分数据缓存(Data Cache,D-Cache)和指令缓存(Instruction Cache,I-Cache)。二者分别用来存放数据和执行这些数据的指令,而且两者可以同时被CPU访问,减少了争用Cache所造成的冲突,提高了处理器效能。英特尔公司在推出Pentium 4处理器时,用新增的一种一级追踪缓存替代指令缓存,容量为12KμOps,表示能存储12K条微指令。
随着CPU制造工艺的发展,二级缓存也能轻易的集成在CPU内核中,容量也在逐年提升。现在再用集成在CPU内部与否来定义一、二级缓存,已不确切。而且随着二级缓存被集成入CPU内核中,以往二级缓存与CPU大差距分频的情况也被改变,此时其以相同于主频的速度工作,可以为CPU提供更高的传输速度。
二级缓存是CPU性能表现的关键之一,在CPU核心不变化的情况下,增加二级缓存容量能使性能大幅度提高。而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二级缓存上有差异,由此可见二级缓存对于CPU的重要性。
CPU在缓存中找到有用的数据被称为命中,当缓存中没有CPU所需的数据时(这时称为未命中),CPU才访问内存。从理论上讲,在一颗拥有二级缓存的CPU中,读取一级缓存的命中率为80%。也就是说CPU一级缓存中找到的有用数据占数据总量的80%,剩下的20%从二级缓存中读取。由于不能准确预测将要执行的数据,读取二级缓存的命中率也在80%左右(从二级缓存读到有用的数据占总数据的16%)。那么还有的数据就不得不从内存调用,但这已经是一个相当小的比例了。目前的较高端的CPU中,还会带有三级缓存,它是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存,在拥有三级缓存的CPU中,只有约5%的数据需要从内存中调用,这进一步提高了CPU的效率。
为了保证CPU访问时有较高的命中率,缓存中的内容应该按一定的算法替换。一种较常用的算法是“最近最少使用算法”(LRU算法),它是将最近一段时间内最少被访问过的行淘汰出局。因此需要为每行设置一个计数器,LRU算法是把命中行的计数器清零,其他各行计数器加1。当需要替换时淘汰行计数器计数值最大的数据行出局。这是一种高效、科学的算法,其计数器清零过程可以把一些频繁调用后再不需要的数据淘汰出缓存,提高缓存的利用率。
CPU产品中,一级缓存的容量基本在4KB到64KB之间,二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。一级缓存容量各产品之间相差不大,而二级缓存容量则是提高CPU性能的关键。二级缓存容量的提升是由CPU制造工艺所决定的,容量增大必然导致CPU内部晶体管数的增加,要在有限的CPU面积上集成更大的缓存,对制造工艺的要求也就越高
‘叁’ 解释缓存的定义和功能
请问你说的是系统缓存吗??在电脑系统中,硬件运行速度的快慢基本由缓存决定,缓存的容量越大,相
应的硬件运行速度也就越快。缓存的应用几乎遍及所有的硬件,比如CPU、硬
盘、刻录机等,甚至是软件也有缓存。什么是缓存?简单来说缓存就是数据交
换的缓冲区(称作Cache),当某一硬件要读取数据时,会首先从缓存中查找需
要的数据,如果找到了则直接执行,找不到的话则从内存中找。由于缓存的
运行速度比内存快得多,故缓存的作用就是帮助硬件更快地运行
‘肆’ 缓存的功能二级缓存和三级缓存
缓存,英文称Cache,当CPU从内存中提取信息时,就会将一部分常用的先摆在缓存里,下次寻找的时候就会先在缓存里找,否则找卜到就再在内存里找,因为缓存加快了CPU的找寻时间,所以缓存越大,速度越快
‘伍’ 缓存的功能
缓存是指可以进行高速数据交换的存储器,它先于内存与CPU交换数据,因此速度很快。L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存。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CPU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CPUL2高速缓存最大的是512KB,而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达1MB-3MB。
‘陆’ 计算机的存储器,寄存器和缓存的作用及联系
高速缓冲存储器是一种特殊的,存储单元以及由Cache缓存控制部件。用相同类型的CPU高速缓存存储单元中通常使用的半导体存储装置中,存储器访问时间,甚至比10倍的速度。高速缓冲存储器控制器组件包括主存储器地址寄存器,高速缓存地址的寄存器,主存储器-cache地址转换单元和更换控制部件。由于每个以及它们如何工作,什么样的作用,所以,我觉得我们没有必要做进一步的研究,知道一般的缓存分为一级缓存(其中又分为数据缓存,代码缓存),二级缓存就行了
‘柒’ 固态硬盘的缓存有什么作用
预先把要处理的数据写入到缓存里面,从而提高硬盘的效率
从反应速度这一方面来说,固态硬盘的反应速度一般都在0.2毫秒以内,不比缓存慢。所以固态硬盘带缓存对读取速度的提升,几乎可以忽略。
把数据从内存写入硬盘,由于硬盘较缓慢,需要等待较长的时间才能完成此任务。为了解决硬盘速度过慢的问题,就在其内部安置了一个小容量的内存,也就是硬盘的缓存,数据首先写入到缓存里。
那么在操作系统层面,就会认为数据已经写入了,用户的感觉就是快速。随后硬盘自己再从缓存写入到盘片,这个过程无需用户干预了。
(7)缓存单元的功能扩展阅读:
带不带缓存并不影响固态硬盘的寿命,决定固态硬盘寿命的是NAND FLASH的写入次数。其次,主控芯片的好坏也是决定固态硬盘性能和使用寿命的重要因素。
缓存的主要功能在于是电脑有资料放到机械硬盘时,因为机械硬盘机械式运作比电脑慢很多,所以在机械硬盘上放上缓存,暂时存储资料以便电脑能够继续做其他事情,不会因为机械硬盘的动作慢,而拖慢了电脑的效能。
而固态硬盘的速度大幅提升,已经能够实时处理数据,缓存作为提升速度的作用就不大了。
参考资料来源:网络-高速缓冲存储器
‘捌’ cache作用
Cache作用具体如下:
1、Cache可以大大提高CPU访问主存的速度,中央处理器绝大多数存取主存储器的操作能为存取高速缓冲存储器所代替,能极大缓和中央处理器和主存储器之间速度不匹配的矛盾。
在计算机技术发展过程中,主存储器存取速度一直比中央处理器操作速度慢得多,使中央处理器的高速处理能力不能充分发挥,整个计算机系统的工作效率受到影响。在存储层次上采用高速缓冲存储器来缓和中央处理器和主存储器之间速度不匹配的矛盾也是常用的方法之一。很多大、中型计算机以及新近的一些小型机、微型机也都采用高速缓冲存储器。
2、Cache可以显着提高计算机系统处理速度。
高速缓冲存储器的容量一般只有主存储器的几百分之一,但它的存取速度能与中央处理器相匹配。根据程序局部性原理,正在使用的主存储器某一单元邻近的那些单元将被用到的可能性很大。因而,当中央处理器存取主存储器某一单元时,计算机硬件就自动地将包括该单元在内的那一组单元内容调入高速缓冲存储器,中央处理器即将存取的主存储器单元很可能就在刚刚调入到高速缓冲存储器的那一组单元内。于是,中央处理器就可以直接对高速缓冲存储器进行存取。在整个处理过程中,如果中央处理器绝大多数存取主存储器的操作能为存取高速缓冲存储器所代替,计算机系统处理速度就能显着提高。
拓展资料:
cache定义如下:
cache名为高速缓冲存储器。其是指存取速度比一般随机存取记忆体(RAM)来得快的一种RAM,一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术,而使用昂贵但较快速的SRAM技术,也有快取记忆体的名称。cache是存在于主存与CPU之间的一级存储器,由静态存储芯片(SRAM)组成,容量比较小但速度比主存高得多, 接近于CPU的速度。
Cache原理具体如下:
任何程序或数据要为CPU所使用,必须先放到主存储器(内存)中,即CPU只与主存交换数据,所以主存的速度在很大程度上决定了系统的运行速度。程序在运行期间,在一个较短的时间间隔内,由程序产生的地址往往集中在存储器的一个很小范围的地址空间内。
指令地址本来就是连续分布的,再加上循环程序段和子程序段要多次重复执行,因此对这些地址中的内容的访问就自然的具有时间集中分布的倾向。数据分布的集中倾向不如程序这么明显,但对数组的存储和访问以及工作单元的选择可以使存储器地址相对地集中。这种对局部范围的存储器地址频繁访问,而对此范围外的地址访问甚少的现象被称为程序访问的局部化性质。
如果把在一段时间内一定地址范围被频繁访问的信息集合成批地从主的系统中,CPU访问数据时,在Cache中能直接找到的概率,它是Cache的一个重要指标,与Cache的大小、替换算法、程序特性等因素有关。
增加Cache后,CPU访问主存的速度是可以预算的,64KB的Cache可以缓冲4MB的主存,且命中率都在90%以上。以主频为100MHz的CPU(时钟周期约为10ns)、20ns的Cache、70ns的RAM、命中率为90%计算,CPU访问主存的周期为:有Cache时,20×0.9+70×0.1=34ns;无Cache时,70×1=70ns。
CPU访问主存的速度大大提高了,但是加Cache只是加快了CPU访问主存的速度,而CPU访问主存只是计算机整个操作的一部分,所以增加Cache对系统整体速度只能提高10~20%左右。
‘玖’ 什么是Cache作用是什么
Cache指的是缓存。
高速缓存(英语:cache,/kæʃ/kash[2][3][4])简称缓存,原始意义是指访问速度比一般随机存取存储器(RAM)快的一种RAM,通常它不像系统主存那样使用DRAM技术,而使用昂贵但较快速的SRAM技术。
提供“缓存”的目的是为了让数据访问的速度适应CPU的处理速度,其基于的原理是内存中“程序执行与数据访问的局域性行为”,即一定程序执行时间和空间内,被访问的代码集中于一部分。
为了充分发挥缓存的作用,不仅依靠“暂存刚刚访问过的数据”,还要使用硬件实现的指令预测与数据预取技术——尽可能把将要使用的数据预先从内存中取到缓存里。
(9)缓存单元的功能扩展阅读
缓存的特点
缓存是指可以进行高速数据交换的存储器,它先于内存与CPU交换数据,因此速率很快。L1Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存。
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CPU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L1缓存的容量通常在32—256KB。
L2Cache(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率与主频相同,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,普通台式机CPU的L2缓存一般为128KB到2MB或者更高,笔记本、服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存最高可达1MB-3MB。
缓存只是内存中少部分数据的复制品,所以CPU到缓存中寻找数据时,也会出现找不到的情况(因为这些数据没有从内存复制到缓存中去),这时CPU还是会到内存中去找数据,这样系统的速率就慢下来了,不过CPU会把这些数据复制到缓存中去,以便下一次不要再到内存中去取。
随着时间的变化,被访问得最频繁的数据不是一成不变的,也就是说,刚才还不频繁的数据,此时已经需要被频繁的访问,刚才还是最频繁的数据,又不频繁了,所以说缓存中的数据要经常按照一定的算法来更换,这样才能保证缓存中的数据是被访问最频繁的。
‘拾’ 缓存的功能作用
硬盘的缓存主要起三种作用: 有时候,某些数据是会经常需要访问的,像硬盘内部的缓存(暂存器的一种)会将读取比较频繁的一些数据存储在缓存中,再次读取时就可以直接从缓存中直接传输。缓存就像是一台计算机的内存一样,在硬盘读写数据时,负责数据的存储、寄放等功能。这样一来,不仅可以大大减少数据读写的时间以提高硬盘的使用效率。同时利用缓存还可以让硬盘减少频繁的读写,让硬盘更加安静,更加省电。更大的硬盘缓存,你将读取游戏时更快,拷贝文件时候更快,在系统启动中更为领先。
缓存容量的大小不同品牌、不同型号的产品各不相同,早期的硬盘缓存基本都很小,只有几百KB,已无法满足用户的需求。16MB和32MB缓存是现今主流硬盘所采用,而在服务器或特殊应用领域中还有缓存容量更大的产品,甚至达到了64MB、128MB等。大容量的缓存虽然可以在硬盘进行读写工作状态下,让更多的数据存储在缓存中,以提高硬盘的访问速率,但并不意味着缓存越大就越出众。缓存的应用存在一个算法的问题,即便缓存容量很大,而没有一个高效率的算法,那将导致应用中缓存数据的命中率偏低,无法有效发挥出大容量缓存的优势。算法是和缓存容量相辅相成,大容量的缓存需要更为有效率的算法,否则性能会大大折扣,从技术角度上说,高容量缓存的算法是直接影响到硬盘性能发挥的重要因素。更大容量缓存是未来硬盘发展的必然趋势。