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为什么cpu需要用到缓存?cpu缓存的作用

时间:2018-04-27 11:17来源:未知作者:马力
       在选择cpu的时候我们经常会看到缓存(Cache)这个参数,很多人对cpu缓存的作用也比较好奇,下面小编就带着这个疑问来为大家解释一下为什么cpu需要用到缓存
 
       为什么cpu需要用到缓存?简单的说,因为CPU太快,内存太慢,需要有缓存来减少CPU的等待时间,变相地提高CPU性能。
 
       我们来举个例子,比如CPU做一个加法运算,需要1-2个时钟周期,那从内存中读取数据需要100-300个周期,这中间差距太大了,CPU不可能等待那么长时间,不然高速的CPU也变成了龟速,于是就想出了缓存Cache这个东西。
 
为什么cpu需要用到缓存?cpu缓存的作用
 
       现在主流的CPU中,通常有三级缓存,分为L1、L2和L3,它们间的速度呈递减,容量呈递增,读取L1中的信息大概就3个周期,和CPU处理运算的速度无限接近了,读L2的周期大概10-15个周期,读L3的就更慢了,大概40-60个周期左右。
 
       之所以CPU要采用这样的层级结构,就是从成本、性能、容量还有面积上来平衡的,对于缓存来说,下面几点是它们提升的目标,也就是cpu缓存的作用。
 
       1、提高命中率
 
       命中率是在高速缓存中找到内存引用的速率。我们希望能先从缓存中获得信息,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。
 
       2、降低延迟
 
       访问缓存的时间应该尽可能短,可以通过多种方式缩短这个时间,比如可以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。
 
       3、减少错失惩罚
 
       缓存中未能命中(Cache miss)是不可避免的,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,通过提高命中率并通过应用不同的优化(如关键词优先),可以降低错失惩罚。
 
       4、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,其性能会影响其他性能,处理其他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。
 
为什么cpu需要用到缓存?cpu缓存的作用
 
       CPU高速缓存是CPU中的非常重要的部分,占据了大量的资源开销和成本,当你看到一张CPU架构图时就会发现,一大片一大片的都是Cache占领着,目测至少有50%的面积了,足见其地位。
 
       总结:为什么cpu需要用到缓存?cpu缓存的作用
 
       用专业的说法来说,cpu缓存的作用是提高命中率、降低延迟、减少错失惩罚、降低内存开销。对于普通用户来说可能不太好理解,总之你只要记住,cpu的缓存可以提升cpu的工作效率就行了,它在cpu参数里的作用举足轻重。
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