cpu二级缓存和一级缓存之间的详细说明和区别（图示）

误区2: 处理器缓存是一个整体

[图]生产技术对缓存大小的影响

[图片]奔腾III处理器在PCB上具有缓存

实际上，最早的CPU缓存确实是一个整体，其容量也非常低. 自奔腾时始以来，英特尔就对缓存进行了分类. 那时，集成在CPU内核中的缓存不足以满足CPU的需求，并且制造工艺上的限制不能大大增加缓存容量. 因此，在与CPU或主板相同的电路板上集成了一个缓存. 此时，与CPU内核集成的高速缓存称为第一级高速缓存，而外部的高速缓存称为第二级高速缓存；后来随着生产技术的不断改进，最终将二级缓存移到了处理器中. 通常，第一级缓存分为数据缓存（数据缓存，D缓存）和指令缓存（指令缓存，I缓存）. 两者分别用于存储数据和执行这些数据的指令，并且两者都可以由CPU同时访问，从而减少了由争用缓存引起的冲突，并提高了处理器性能. 英特尔推出奔腾4处理器时，还添加了一个12KB的一级跟踪缓存.

误区三: L1缓存和L2缓存的容量不同

用于存储数据的缓存部分通常称为RAM，其中的信息在断电后会消失. RAM有两种类型，一种是静态RAM（SRAM）；另一种是RAM. 另一个是动态RAM（DRAM）. 前者的存储速度比后者快得多. 我们现在使用的内存通常是动态RAM. 处理器的L1级缓存通常是静态RAM，速度非常快，但是静态RAM的集成度很低（存储相同的数据，静态RAM的容量是动态RAM的6倍），价格相对较高价格昂贵（相同容量的静态RAM是动态RAM的四倍）. 扩展静态RAM作为缓存不是很划算，但是为了提高系统的性能和速度，必须扩展缓存. 这是一种折衷方法: 在不扩展原始静态RAM缓存容量的情况下，只需添加一些高速动态RAM作为L2缓存即可. 高速动态RAM比常规动态RAM快，但比原始静态RAM缓存慢，并且成本适中. 一级缓存和二级缓存的内容是内存中频繁访问的数据的副本（映射），它们的存在是为了减少高速CPU对慢速存储器的访问.

二级缓存是CPU性能的关键之一. 当CPU内核不变时，增加二级缓存容量可以大大提高性能. 同一核心CPU的高端和低端之间的差异通常也在二级缓存中，这表明了二级缓存对CPU的重要性. CPU在缓存中找到有用的数据称为命中. 当高速缓存中CPU不需要数据时（此时称为未命中），CPU将访问内存. 理论上，在具有二级缓存的CPU中，读取一级缓存的命中率为80％. 也就是说，在CPU一级缓存中找到的有用数据占总数据的80％，其余20％从二级缓存中读取. 由于无法准确预测要执行的数据，因此读取二级缓存的命中率也大约为80％（从二级缓存读取有用数据占总数据的16％）. 然后必须从内存中调用剩余的数据，但这已经是很小的百分比. 当前的高端CPU也将具有第三级缓存. 它设计用于读取二级缓存（缓存）之后丢失的数据. 在具有三级高速缓存的CPU中，仅需要大约5％的数据从内存中调用，这进一步提高了CPU的效率. 从某种意义上说，预取效率的提高大大降低了生产成本，但性能却非常接近理想状态. 除非有一天生产技术变得非常强大，否则内存将仍然存在，并且缓存的增量性能特征将保持不变.

误解四: 缓存只是随意获取数据，别无选择

即使处理器内部集成的高速缓存数据交换功能非常强大，仍然有必要筛选检索到的数据. 这是因为随着时间的变化，最常访问的数据不是静态的. 换句话说，刚刚不经常访问的数据需要经常访问. 刚才最常访问的数据不是静态的. 因此，经常应根据某种算法替换缓存中的数据，以确保经常最频繁地访问缓存中的数据. 命中率算法中最常用的“最近最少使用的算法”（LRU算法）是消除在最近一段时间内访问最少的行. 因此，有必要为每一行设置一个计数器. LRU算法清除命中行的计数器，并将1添加到其他行的计数器. 需要更换时，将消除具有最大行计数器计数的数据行. 这是一种高效而科学的算法. 它的计数器清除过程可以消除频繁访问缓存后不再需要的一些数据，并提高缓存的利用率.

[图片]具有144MB高速缓存的八路IBM POWER5处理器

摘要:

作为处理器不可或缺的一部分的缓存已被纳入性能改进的考虑之中. 随着生产技术的进一步发展，缓存级别的数量将增加，容量将进一步提高. 作为处理器性能的提高，高速缓存在成本和功耗控制方面仍将发挥巨大优势，并且性能将有很大的提高. 毫不夸张地说: 缓存技术使处理器变成了一个丰富多彩的天堂.

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