当前位置:首页 » 硬盘大全 » 二级缓存是干什么用
扩展阅读
webinf下怎么引入js 2023-08-31 21:54:13
堡垒机怎么打开web 2023-08-31 21:54:11

二级缓存是干什么用

发布时间: 2022-05-27 03:05:38

A. 二级缓存是干什么用的

先我们来简单了解一下一级缓存。目前所有主流处理器大都具有一级缓存和二级缓存,少数高端处理器还集成了三级缓存。其中,一级缓存可分为一级指令缓存和一级数据缓存。一级指令缓存用于暂时存储并向CPU递送各类运算指令;一级数据缓存用于暂时存储并向CPU递送运算所需数据,这就是一级缓存的作用

那么,二级缓存的作用又是什么呢?简单地说,二级缓存就是一级缓存的缓冲器:一级缓存制造成本很高因此它的容量有限,二级缓存的作用就是存储那些CPU处理时需要用到、一级缓存又无法存储的数据。同样道理,三级缓存和内存可以看作是二级缓存的缓冲器,它们的容量递增,但单位制造成本却递减。需要注意的是,无论是二级缓存、三级缓存还是内存都不能存储处理器操作的原始指令,这些指令只能存储在CPU的一级指令缓存中,而余下的二级缓存、三级缓存和内存仅用于存储CPU所需数据。

根据工作原理的不同,目前主流处理器所采用的一级数据缓存又可以分为实数据读写缓存和数据代码指令追踪缓存2种,它们分别被AMD和Intel所采用。不同的一级数据缓存设计对于二级缓存容量的需求也各不相同,下面让我们简单了解一下这两种一级数据缓存设计的不同之处。
一、AMD一级数据缓存设计

AMD采用的一级缓存设计属于传统的“实数据读写缓存”设计。基于该架构的一级数据缓存主要用于存储CPU最先读取的数据;而更多的读取数据则分别存储在二级缓存和系统内存当中。做个简单的假设,假如处理器需要读取“AMD ATHLON 64 3000+ IS GOOD”这一串数据(不记空格),那么首先要被读取的“AMDATHL”将被存储在一级数据缓存中,而余下的“ON643000+ISGOOD”则被分别存储在二级缓存和系统内存当中(如下图所示)。

需要注意的是,以上假设只是对AMD处理器一级数据缓存的一个抽象描述,一级数据缓存和二级缓存所能存储的数据长度完全由缓存容量的大小决定,而绝非以上假设中的几个字节。“实数据读写缓存”的优点是数据读取直接快速,但这也需要一级数据缓存具有一定的容量,增加了处理器的制造难度(一级数据缓存的单位制造成本较二级缓存高)。
二、Intel一级数据缓存设计

自P4时代开始,Intel开始采用全新的“数据代码指令追踪缓存”设计。基于这种架构的一级数据缓存不再存储实际的数据,而是存储这些数据在二级缓存中的指令代码(即数据在二级缓存中存储的起始地址)。假设处理器需要读取“INTEL P4 IS GOOD”这一串数据(不记空格),那么所有数据将被存储在二级缓存中,而一级数据代码指令追踪缓存需要存储的仅仅是上述数据的起始地址(如下图所示)。

由于一级数据缓存不再存储实际数据,因此“数据代码指令追踪缓存”设计能够极大地降CPU对一级数据缓存容量的要求,降低处理器的生产难度。但这种设计的弊端在于数据读取效率较“实数据读写缓存设计”低,而且对二级缓存容量的依赖性非常大。

在了解了一级缓存、二级缓存的大致作用及其分类以后,下面我们来回答以下硬件一菜鸟网友提出的问题。
从理论上讲,二级缓存越大处理器的性能越好,但这并不是说二级缓存容量加倍就能够处理器带来成倍的性能增长。目前CPU处理的绝大部分数据的大小都在0-256KB之间,小部分数据的大小在256KB-512KB之间,只有极少数数据的大小超过512KB。所以只要处理器可用的一级、二级缓存容量达到256KB以上,那就能够应付正常的应用;512KB容量的二级缓存已经足够满足绝大多数应用的需求。

这其中,对于采用“实数据读写缓存”设计的AMD Athlon 64、Sempron处理器而言,由于它们已经具备了64KB一级指令缓存和64KB一级数据缓存,只要处理器的二级缓存容量大于等于128KB就能够存储足够的数据和指令,因此它们对二级缓存的依赖性并不大。这就是为什么主频同为1.8GHz的Socket 754 Sempron 3000+(128KB二级缓存)、Sempron 3100+(256KB二级缓存)以及Athlon 64 2800+(512KB二级缓存)在大多数评测中性能非常接近的主要原因。所以对于普通用户而言754 Sempron 2600+是值得考虑的。

反观Intel目前主推的P4、赛扬系列处理器,它们都采用了“数据代码指令追踪缓存”架构,其中Prescott内核的一级缓存中只包含了12KB一级指令缓存和16KB一级数据缓存,而Northwood内核更是只有12KB一级指令缓存和8KB一级数据缓存。所以P4、赛扬系列处理器对二级缓存的依赖性是非常大的,赛扬D 320(256KB二级缓存)与赛扬 2.4GHz(128KB二级缓存)性能上的巨大差距就很好地证明了这一点;而赛扬D和P4 E处理器之间的性能差距同样十分明显。

最后,如果您是狂热的游戏发烧友或者从事多媒体制作的专业用户,那么具有1MB二级缓存的P4处理器和具有512KB/1MB二级缓存的Athlon 64处理器才是您理想的选择。因为在高负荷的运算下,CPU的一级缓存和二级缓存近乎“爆满”,在这个时候大容量的二级缓存能够为处理器带来5%-10%左右的性能提升,这对于那些要求苛刻的用户来说是完全有必要的。
来自:http://..com/question/2126810.html?si=1

B. Hibernate二级缓存的作用是什么

使用缓存,是需要对应用系统进行性能优化而常采用的一种重要手段。合理地运用缓存,可以极大的提高应用系统的运行效率。
Hibernate中应用缓存:因为应用程序访问数据库,读写数据的代价非常高,而利用持久层的缓存可以减少应用程序与数据库之间的交互,即把访问过的数据保存到缓存中,应用程序再次访问已经访问过的数据,这些数据就可以从缓存中获取,而不必再从数据库中获取。同时如果数据库中的数据被修改或者删除,那么是、该数据所对应的缓存数据,也会被同步修改或删除,进而保持缓存数据的一致性。

Hibernate的二级缓存由SessionFactory对象管理,是应用级别的缓存。它可以缓存整个应用的持久化对象,所以又称为“SessionFactory缓存”。
hibernate二级缓存中的缓存对象可以被整个应用的Session对象共享,即使关闭当前Session对象,新建的Session对象仍可使用。使用Hibernate的二级缓存之后查询数据,Session对象会首先在以及缓存中查找有无缓存数据被命中。如果没有,则查找二级缓存。如果有,则直接返回所命中的数据;否则查询数据库。

C. 二级缓存的用处是什么用什么数据能体现出来

CPU缓存(Cache Memoney)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,还新增了一种一级追踪缓存,容量为12KB.

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18KB之间,二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB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。

D. 二级缓存的作用是什么

缓存在cpu与内存之间,容量比cpu中寄存器大,速度比内存快,这样把内存中活跃的部分复制到缓存里,cpu就可以从缓存中高速的调用(从缓存中调入比从内存中调入快多了)
这就是缓存的工作原理,至于二级缓存,同理吧,多一级缓存应该是增加了容量
自己写的,不想做不厚道的人,但你觉得不够周到的话请看以下链接
http://..com/question/2145245.html

E. cpu的二级缓存的作用

A. L2Cache(CPU二级缓存的简写)主要用来存放电脑运行时操作系统的指令、程序数据以及地址指针等数据,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。

二级缓存的作用到底多大:CPU处理的数据中大多数都是0KB~128KB 大小的数据,128KB~256KB的数据约有10%,256KB~512KB的数据有5%,512KB~1MB的数据仅有3%左右。所以对于这种CPU 来说,用户就很难体会到CPU性能有提高了。正因为如此,大家能感受到 Pentium 4 C(512KB二级缓存)与Celeron(128KB二级缓存)的性能差异,却很难感受到Pentium 4 C(512KB二级缓存)与Pentium 4 E(1MB二级缓存)的性能差异了。

例如:同为2.8GHz主频的Celeron D(256KB二级缓存)和Pentium 4 E(1MB二级缓存)运算super π 104万位的耗时分别为56秒和48秒,除去外频(前者为133MHz,后者为200MHz)的差异和超线程技术的影响,两者的性能差距只有10%左右。

由此看出:在CPU性能方面,并非只从二级缓存容量上作对比就可以得到准确的答案,实际上还要考虑到缓存的总体设计结构、一级数据缓存容量等因素。虽然从总体上来讲,二级缓存容量越大越好,但是并不是二级缓存容量提高一倍就能使CPU性能提升一倍。

选购方面:一般家庭用户,电脑主要是用来上网、欣赏音乐和电影以及文字处理,二级缓存为256KB的Celeron D或Sempron已经足够了。只有对3D游戏、办公软件和多媒体编辑性能要求较高的用户才需要更大二级缓存的CPU.

B . CPU寻找数据的“快捷方式”.简单的说,缓存是数据由内存通往CPU的桥梁。它的速度比内存快得多,但是容量也比内存小的多。同时缓存依据读取速度和容量进一步分为一级和二级。在CPU需要数据的时候,遵循一级缓存→二级缓存→内存的顺序,从而尽量提高读取速度。这样“缓存+内存”的系统就同时兼具了速度和容量的优点。

我们可以打个比方,假设CPU是一名“老师”,她现在的任务就是要尽快在一幢“教学楼”(内存)中找到众多“学生”(数据)中的一个。当她可能要找的“学生”(数据)都提前被安排进一间“教室”(一级缓存)中的时候,CPU“老师”找起来自然就快多了。如果很不幸“教室”(一级缓存)中找不到那名“学生”(数据),她会再去“小礼堂”(二级缓存)中找找看,都找不到的话,最后再去硕大的“教学楼”(内存)中慢慢搜索。

AMD和Intel:巨大差异皆因设计不同

提到二级缓存容量的差距,还得从两大CPU巨头对一级缓存的理解说起。对,没看错,就是平常曝光率远逊于二级缓存的“一级缓存”!它才是造成上面提到巨大差异的“罪魁祸首”。

现今的CPU中,Intel对一级缓存的理解是“数据代码指令追踪缓存”,即是说一级缓存中存储的其实只是二级缓存中数据和指令的地址,而不是这些数据和指令的复制。我们还用上面的比喻形象说明一下,Intel老师在“教室”(一级缓存)中并不会看到任何一名学生,而只有一张写着“学生名字”和“所在座位号”的座次表(数据地址)。Intel老师会在拿了座次表之后,去那间“小礼堂”(二级缓存)中按照“座位号”寻找那名“学生”(数据)。在这样的架构下,Intel老师自然需要更大的“礼堂”来按顺序坐下更多地学生。也就是说,二级缓存的容量相当程度上影响了Intel CPU的性能。

相比之下,AMD对一级缓存的定位是“实数据读写缓存”,即二级缓存中的一部分数据都要在一定的规则下搬到一级缓存中。对于前面的比方,AMD老师在“教室”中总能看到刚刚从“礼堂”(二级缓存)那边赶来的“学生”(数据)。这样子的结构下,AMD老师也就不需要太大的“礼堂”来坐下更多地“学生”了。二级缓存的容量自然对AMD CPU的整体性能影响小些。相对的,AMD则总是试图把一级缓存这间“教室”扩建的更大些。

不仅在一级缓存的工作方式上有区别,而且AMD的CPU在一级缓存的大小上还占有优势,以AMD Athlon64 X2 6000+ AM2(盒)为例,两个内核各配备64KB数据高速缓存、64KB指令高速缓存。而价格稍高的Intel Core 2 Duo E6320 (三年盒),两个内核各配备32KB数据高速缓存、32KB指令高速缓存。

当然,上面只是Intel的AMD的CPU二级缓存巨大差异的主要原因。事实上CPU对二级缓存容量的“敏感”与否还受到诸如内存控制器,流水线长度、频率、总线架构和指令集等等多方面的影响。在多核CPU中还关乎各个物理内核之间的数据交换问题(简单的说就是两位“老师”能不能查找同一间“礼堂”)。

在多核心CPU中,对二级缓存的利用效率有高有低。简单的说,Intel新一代Core架构二级缓存的利用最为优秀,AMD的Athlon X2系列次之,较老的Pentium D(Pentium EE)系列最差。

越大越好?够用就好!

几年时间里,二级缓存从小小的64KB一举增长到了8MB,整整128倍!越来越大的二级缓存是不是真的换来了CPU性能同样“突飞猛进”发展?还是只不过是Intel和AMD联手玩的数字游戏?

其实,二级缓存容量对性能的影响是渐渐减弱的,当二级缓存从没有增长到128KB时,带来的性能提升可能是直线上升的。但是当它从2MB增长到4MB的时候,可能使用者甚至感觉不到性能的提升。这是因为在当前CPU所处理数据的过程中,几乎无时不刻需要用到128KB以下的缓存,但是需要用到1MB以上缓存的时候很少(2%左右)。因此虽然二级缓存越涨越大,实际上对CPU性能的影响却是越来越小的。像文章开头的两款CPU,二级缓存巨大的差异并不会最终表现在CPU速度上。因此,完全不必要盲目追求二级缓存的高容量,够用就好。

F. 二级缓存是干什么的

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。 欢迎快来加入电脑医院团队哟!团队地址为: http://wenwen.soso.com/t/TeamHome.e?sp=371410

G. 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!

更多:
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

H. 二级缓存是干吗用的

先我们来简单了解一下一级缓存。目前所有主流处理器大都具有一级缓存和二级缓存,少数高端处理器还集成了三级缓存。其中,一级缓存可分为一级指令缓存和一级数据缓存。一级指令缓存用于暂时存储并向CPU递送各类运算指令;一级数据缓存用于暂时存储并向CPU递送运算所需数据,这就是一级缓存的作用

那么,二级缓存的作用又是什么呢?简单地说,二级缓存就是一级缓存的缓冲器:一级缓存制造成本很高因此它的容量有限,二级缓存的作用就是存储那些CPU处理时需要用到、一级缓存又无法存储的数据。同样道理,三级缓存和内存可以看作是二级缓存的缓冲器,它们的容量递增,但单位制造成本却递减。需要注意的是,无论是二级缓存、三级缓存还是内存都不能存储处理器操作的原始指令,这些指令只能存储在CPU的一级指令缓存中,而余下的二级缓存、三级缓存和内存仅用于存储CPU所需数据。

I. CPU2级缓存是干什么的

CPU缓存:
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