菜鳥進階十一:徹底認識硬件之"CPU"篇

    大家應該經常聽到“處理器緩存”這個詞，也聽話說過什么一級緩存二級緩存，可是緩存究竟是干什么用的，和內存有什么區別，更大的緩存為什么能提高處理器的工作效率？

1、緩存是什么

    緩存的英文是CACHE，目前常見的緩存是片內一級緩存和二級緩存，所謂“片內”，也就是和CPU核心封裝在一塊晶圓里面。這么做的好處是可以大幅降低核心到緩存的延遲時間，獲得最高的傳輸效率，而壞處就是緩存必須使用于精密的CPU核心一樣的制造和封裝工藝，成本很高，而且增加的大量晶體管，會造成核心部分的功耗增加，散熱不良。也就是說，CPU片內緩存不可能做的很大，即使是不計成本，也很難突破晶體管數量這個物理極限。CPU的緩存和我們平時見到的DRAM內存不同，緩存是SRAM，存取速度方面的性能是天壤之別，目前市售最快的DRAM，也只是DDR2 800MHZ，而CPU的緩存，是和處理器的核心頻率同頻的。打個比方說，你使用的是P4 3.2G的處理器，那么你的處理器的緩存的工作頻率，也是3.2GHZ。加上處理器和緩存之間使用的是256BIT的帶寬，其存取速度和數據流量是很恐怖的。

2、緩存怎樣工作

    常見的處理器，一般擁有一級緩存（L1 CACHE）和二級緩存（L2 CACHE），一級緩存主要是用來存放處理器指令集和正在處理器流水線中運算的數據的鏡像和一些初步運算的結果，所以有時候我們會聽到一級數據緩存與一級指令緩存的說法。二級緩存和一級緩存不同，他和處理器之間有一定的延遲，所以存取速度比一級緩存略慢，但是容量要大的多。

    二級緩存的主要作用，首先是為一級緩存充當臨時的存儲空間，一級緩存運算時，過一會就要用到的數據，如果存入內存的話，存取時間過長，如果留在一級緩存中的話，又會影響其他數據的載入，所以放在略慢于一級緩存，而比內存快很多倍的二級緩存中，是最好的選擇。

    二級緩存的另一個重要作用就是放置內存鏡像表，也可以理解為內存中所存數據的總目錄。這樣做的好處就是，一旦需要存取的數據過大或者數據不在LI\\L2緩存中的時候，需要從主內存中調用的時候，可以方便的從主內存中存取，而省去了搜索這個數據所需的時間。要知道進行一次主內存的搜索，對于高速運轉的處理器來說，就好像數年那樣漫長。

    現在，隨著多核心處理器的發展，三級緩存也走入了中低端CPU，三級緩存是為讀取二級緩存后未命中的數據設計的—種緩存，在擁有三級緩存的CPU中，只有約5%的數據需要從內存中調用，這進一步提高了CPU的效率。

    緩存是決定CPU的重要性能參數之一，AMD和Intel的各級別產品，緩存大小也會不一樣，大家在選購CPU時可以注意這一點。