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CPU缓存有什么用?关于CPU缓存的作用理解

2018-06-29 12:10  浏览:   标签:

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由于CPU是核心硬件,相信我们在选择CPU的时候都会去关心CPU参数方面,而在CPU核心参数中,我们经常会看到缓存(Cache)这个参数,那么CPU缓存有什么用?下面装机之家分享一下科普一下关于CPU缓存的作用。

CPU缓存有什么用?科普一下关于CPU缓存的作用

CPU缓存是什么?

CPU缓存是CPU和内存之间的临时存储器,虽然缓存的容量不能与内存和硬盘相比,但是交换速度却比它们快得多了,CPU缓存就是为了更快的连接CPU与内存而存储在中间媒介。简单来说,因为CPU的速度快,而内存的速度较慢,这时CPU缓存来解决这个问题,减少了CPU的等待时间,变相的提高了CPU的性能。

CPU缓存有什么用?科普一下关于CPU缓存的作用

举个例子,比如CPU需要做一个加法运算,需要-2个时钟周期,如果从内存中读取数据需要100-300个周期,而CPU是不可能等待那么长的时间,即使是高端CPU也变成龟速,因此通过高速缓存来减少了CPU等待时间。

CPU缓存有什么用?科普一下关于CPU缓存的作用

在主流的CPU中,一般缓存分为一级缓存、二级缓存、三级缓存,而它们之间的速度呈递减,容量呈递增,读取一级缓存中的信息需要3个周期,与CPU处理运算的速度无限接近了,读取二级缓存的周期大约10-15个周期,而三级缓存所需时间为50个周期左右。

CPU缓存有什么用?科普一下关于CPU缓存的作用

之所以CPU需要采用这种层级结构,主要就是是从成本、性能、容量还有面积上来平衡的,对于CPU缓存来说,下面几点是它们提升的目前,也就所谓的CPU缓存的作用。

1、缩短延迟

访问缓存的时间应该尽可能缩短,可以通过多种的方式缩短这个时间,比如能够通过减小缓存的大小或关联性来降低缓存的延迟,还有方式预测、增加带宽等方法。

2、提升命中率

所谓的命中率是在高速缓存中找到内存引用的速率,我们希望能够首先通过缓存中获得信息,以得到速度优势,所以缓存需要最大限度地实现这一目标。对于单个高速缓存,大小、关联性和块大小决定命中率。

3、降低更低级别内存下的开销

高速缓存是内存层次结构的一部分,其性能会影响其它性能,处理其它内存花费的时间越长,意味着系统性能越低,也就是说尽可能让处理在缓存中完成。

4、减少错失惩罚

缓存中不能命中是无法避免的事情,但是我们可以减少处理未命中所需的时间以获得更好的处理器性能,通过提升命中率并通过应用不同的优化,能够降低错失惩罚。

高速缓存是CPU中十分重要的部分,占据了大量的资源开销和成本,如果您看过CPU架构图的话,您就会发现缓存占据了至少50%的面积,绝对至关重要。

总结:

CPU缓存的作用说白了就是提高命中率、降低延迟、降低内存开销、减少错失惩罚等,对于一般用户你只需了解CPU缓存能够提升CPU的工作效率即可,缓存在cpu参数中的作用举足轻重。