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              一文了解CPU高速緩存

              路科驗證 ? 來源:數字隨行 ? 2024-01-02 16:01 ? 次閱讀

              CPU的核心功能包括數據運算和指令控制。CPU運算的數據和執行的指令全部存儲在CPU的寄存器中,這些數據和指令又都來自于CPU高速緩存。

              最早的計算機系統存儲由主存儲和外部存儲兩部分組成,主存儲即是插在主板上的內存,外部存儲是內存以外的所有存儲設備。早期的計算機“系統”內置在主板的ROM(一種斷電后數據不會丟失的內存)中,而不是存儲在硬盤里,數據處理的方式也是將數據都加載到主存中進行處理。所以硬盤驅動器與軟盤驅動器、光盤驅動器等一樣都是外部存儲設備。主存是CPU和外部存儲之間的一個緩沖區,為高效的運算處理提供了保障。???

              隨著CPU性能的提升,CPU的處理速度與內存的傳輸速度逐漸拉開了差距。于是CPU中開始內置更高速的內存,緩解二者之間的性能差距,CPU中的內存被稱作CPU緩存。

              CPU緩存分為L1(一級緩存)、L2(二級緩存)、L3(三級緩存),也是隨著CPU的演進逐漸發展出來。???????

              L1緩存是針對CPU內核中寄存器存儲的數據進行緩存。L1d緩存指令數據,例如變量和數組;L1i緩存二進制的指令。兩個L1緩存可同時被CPU訪問,避免了資源沖突,而且封裝在CPU內部有很高的執行效率。???

              L2緩存是CPU單個核心中的“通用”緩存,存儲的數據與內存中的數據一致,主要功能就是為內存提速。早期L2緩存集成在CPU的電路板或主板之上,現在與每個CPU核心獨立集成在一起。L2緩存速度比內存要快很多,是提升性能的重要部件。

              L3緩存是為了解決L2級別緩存容量問題而擴充的緩存。L3緩存的集成方式也是從CPU外部逐漸轉移到CPU內部。到了多核CPU時代,L3緩存主要作用是實現多個核心之間的數據交換,但對CPU性能提升的幫助不大。

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              CPU中緩存示意圖

              隨著技術的發展,存儲器的性能越來越高,通用型的存儲都逐漸統一為內存型存儲設備。軟盤基本已經消聲滅跡(日本銀行的老舊系統仍然在使用),光盤通常出現在播放器和游戲機中,個人計算機和服務器也逐漸采用固態硬盤,磁盤介質的硬盤驅動器只能應用在低成本大數據量的存儲場景和備份場景。但是,速度又快、容量又大的存儲永遠都要付出高昂的成本。我們只能在整個系統中增加少量的高速緩存,緩解這個矛盾。






              審核編輯:劉清

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              原文標題:一文了解CPU緩存

              文章出處:【微信號:Rocker-IC,微信公眾號:路科驗證】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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