问，使用第三级缓存或第二级缓存的计算机处理器更好吗？

要弄清这个问题，您必须首先了解什么是缓存以及为什么要进行多级缓存。

缓存用于存储数据，目的是减轻由于内存读写速度与CPU处理速度之间的巨大差距而导致的性能损失。

举一个简单的例子，假设没有高速缓存，CPU需要一个时钟周期来处理一条数据，然后需要100个时钟周期才能将结果写回内存，并且需要100个时钟周期加载下一条指令和该指令所需的数据。时钟周期，则总时间为201个时钟周期。对于CPU，我只使用了1个时钟周期，却等待了200个。即使读写可以同步，时钟周期利用率也不足0.5％，总时间为101个时钟周期，所以性能损失无疑是巨大的。

如果添加一个缓存，CPU将处理一个缓存，写回两个缓存，然后读取两个，这将总共花费5个时钟周期。如果读写同步为3，效率将大大提高。

必须有人思考，为什么不增加缓存呢？现在8G内存太小了，16G成为标准配置，缓存，三级缓存加起来达到了几十兆字节，这太小了！

实际上，这也是不可能的。缓存不大的主要原因有两个：

1）缓存是与CPU一起构建的。 CPU可以说是一磅钱，不可能为缓存留很多空间。为了实现超高的读写速度，缓存的体系结构确定了相同的区域。缓存容量比其他存储介质（例如内存）小得多。举一个不准确的例子，假设您将某物放在另一个盒子中，为了使其快速放置，不可能将其分成多层。如果必须逐层查找多个层，则速度会慢得多。单层盒子可以用这种方法快速拿走，但是在相同的地板面积下，单层盒子不能容纳太多东西。

2）高速缓存，确切地说，第一级高速缓存L1不太大。 L1的主要功能是读写速度可以匹配CPU的速度。当缓存太大时，读写速度和整页替换速度将受到影响。例如，这些速度对内存的影响很小，并且对L1造成了毁灭性的影响。让我们以盒子为例。当盒子占用太多空间，而您想把东西放进盒子里时，它比小盒子时要慢得多。这是不可接受的。

看到这个人，我想有人会再想一想，这么小的缓存足够了吗？如果还不够的话，会不会对性能产生更大的影响？引入了缓存替换算法和多级缓存。

首先，实际上，CPU在一段时间内处理的数据量并不大，因为CPU只能同时按顺序执行一项操作，但是执行速度非常快，因此只要当前高速缓存中的数据可以被保存，在CPU完成处理之前，将由CPU使用的新数据被预先放入高速缓存中。缓存越小，效果越小。这是缓存替换算法。 CPU结合了硬件逻辑和软件（操作系统的内核调度算法）来预测CPU将使用各种算法的数据，将其预先加载到缓存中，并提高缓存的命中率（CPU希望从缓存中读取数据时，数据就在缓存中，这是命中的。）

但是，无论您如何预测，总会有缓存未命中。一旦发生这种情况，您将浪费大量时间等待从内存中读取数据。因此，引入了多级缓存，这增加了容量和速度。它相对较慢，但是具有比内存快得多的多级缓存。它将更多数据提前放入后续的缓存中。如果L1未命中，请转到L2查找，L2未命中，L3查找，L3未命中。进入内存查找，大大降低了直接进入内存查找数据的可能性，进一步降低了性能损失。

当前主流的缓存机制是什么？首先是L1，每个逻辑核心（如果没有超线程技术，则逻辑核心是物理核心，如果有超线程技术，则超线程通常是匹配两组缓存和其他硬件的物理核心）在软件级别虚拟化为两个核心，因此一个物理核心对应于两组高速缓存）对应于它自己的L1，L1尽可能大（数十个K几乎相同），同时确保速度不会下降。是L2。如果L2不是高速缓存的最后一级，通常每个逻辑核心都对应于其自己的L2，L2尽可能大，同时降低一定的速度要求并考虑空间。然后是L3。目前，L3通常是最后一级的缓存。在第三级缓存中，它具有最低的速度要求和最大的容量。由于L3的大容量会占用大量空间，因此L3通常是所有物理核心所共有的。 L3不再是每个内核使用的L3。但是使用这种多级缓存，整体缓存将不会很大。

以一个实际的例子为例，i7 9700K具有8个核心和8个线程，没有超线程技术，共享的L3为12M（我没有找到有关每个分层缓存大小的准确数据。请提供一个非官方的数据。我发现L1总计512K，每个L1总计64K，L2总计2M，单核L2的大小为256K）；同样的8核i9 9900k由于采用了超线程技术而可以达到16个线程，而L3缓存仅增加到了16M（L1，L2与上面相同），此外，AMD的Ryzen 3900X具有12个核， 24个线程，L1总计不超过768K。如果虚拟缓存具有其自己的L1，则每个核心L1仅32K，如果虚拟核心不具有L1，则每个核心仅64K。 L1，但辅助缓存总计达到6M，而共享L3达到了惊人的64M！这是因为大量的内核和线程。

最后，要回答您的问题，第三级缓存结构肯定优于第二级缓存结构。首先，二级缓存不需要太低的速度，因此它不能太大，如果不够大，则更容易错过。然后，由于从内存中加载数据而导致性能损失的可能性更大。但是，单个未命中的性能损失低于第三级缓存的性能损失。首先，因为第二级缓存比第三级交换快，并且查询的数量仅为L1丢失，所以查询L2，L2丢失并直接读取。第三级缓存必须再次查找L3，但是一旦错过了主要性能缺点就是内存太慢，这种改进效果不大，所以我的结论是第三级缓存结构要好于第二级缓存。级缓存

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