什么是CPU缓存?
  • 日期2022-06-07
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什么是CPU缓存?

  1. CPU缓存的来历
    众所周知,CPU是计算机的大脑,它负责执行程序的指令,而内存负责存数据, 包括程序自身的数据。在很多年前,CPU的频率与内存总线的频率在同一层面上。内存的访问速度仅比寄存器慢一些。但是,这一局面在上世纪90年代被打破了。CPU的频率大大提升,但内存总线的频率与内存芯片的性能却没有得到成比例的提升。并不是因为造不出更快的内存,只是因为太贵了。内存如果要达到目前CPU那样的速度,那么它的造价恐怕要贵上好几个数量级。所以,CPU的运算速度要比内存读写速度快很多,这样会使CPU花费很长的时间等待数据的到来或把数据写入到内存中。所以,为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾,就出现了CPU缓存。
  2. CPU缓存的概念
    CPU缓存是位于CPU与内存之间的临时数据交换器,它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。CPU缓存一般直接跟CPU芯片集成或位于主板总线互连的独立芯片上。

为了简化与内存之间的通信,高速缓存控制器是针对数据块,而不是字节进行操作的。高速缓存其实就是一组称之为缓存行(Cache Line)的固定大小的数据块组成的,典型的一行是64字节。

  1. CPU缓存的意义
    CPU往往需要重复处理相同的数据、重复执行相同的指令,如果这部分数据、指令CPU能在CPU缓存中找到,CPU就不需要从内存或硬盘中再读取数据、指令,从而减少了整机的响应时间。所以,缓存的意义满足以下两种局部性原理:

时间局部性(Temporal Locality):如果一个信息项正在被访问,那么在近期它很可能还会被再次访问。
空间局部性(Spatial Locality):如果一个存储器的位置被引用,那么将来他附近的位置也会被引用。

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