CPU緩存有什麼用?科普一下關於CPU緩存的作用

由於CPU是核心硬件,相信我們在選擇CPU的時候都會去關心CPU參數方面,而在CPU核心參數中,我們經常會看到緩存(Cache)這個參數,那麼CPU緩存有什麼用?下面裝機之家分享一下科普一下關於CPU緩存的作用。

CPU緩存是什麼?

CPU緩存是CPU和記憶體之間的臨時存儲器,雖然緩存的容量不能與記憶體和硬碟相比,但是交換速度卻比它們快得多了,CPU緩存就是為了更快的連接CPU與記憶體而存儲在中間媒介。簡單來說,因為CPU的速度快,而記憶體的速度較慢,這時CPU緩存來解決這個問題,減少了CPU的等待時間,變相的提高了CPU的性能。

舉個例子,比如CPU需要做一個加法運算,需要-2個時鐘周期,如果從記憶體中讀取數據需要100-300個周期,而CPU是不可能等待那麼長的時間,即使是高端CPU也變成龜速,因此通過高速緩存來減少了CPU等待時間。

在主流的CPU中,一般緩存分為一級緩存、二級緩存、三級緩存,而它們之間的速度呈遞減,容量呈遞增,讀取一級緩存中的信息需要3個周期,與CPU處理運算的速度無限接近了,讀取二級緩存的周期大約10-15個周期,而三級緩存所需時間為50個周期左右。

之所以CPU需要採用這種層級結構,主要就是是從成本、性能、容量還有面積上來平衡的,對於CPU緩存來說,下面幾點是它們提升的目前,也就所謂的CPU緩存的作用。

1、縮短延遲

訪問緩存的時間應該盡可能縮短,可以通過多種的方式縮短這個時間,比如能夠通過減小緩存的大小或關聯性來降低緩存的延遲,還有方式預測、增加帶寬等方法。

2、提升命中率

所謂的命中率是在高速緩存中找到記憶體引用的速率,我們希望能夠首先通過緩存中獲得信息,以得到速度優勢,所以緩存需要最大限度地做到這一目標。對於單個高速緩存,大小、關聯性和塊大小決定命中率。

3、降低更低級別記憶體下的開銷

高速緩存是記憶體層次結構的一部分,其性能會影響其它性能,處理其它記憶體花費的時間越長,意味著系統性能越低,也就是說盡可能讓處理在緩存中完成。

4、減少錯失懲罰

緩存中不能命中是無法避免的事情,但是我們可以減少處理未命中所需的時間以獲得更好的處理器性能,通過提升命中率並通過應用不同的優化,能夠降低錯失懲罰。

高速緩存是CPU中十分重要的部分,占據了大量的資源開銷和成本,如果您看過CPU架構圖的話,您就會發現緩存占據了至少50%的面積,絕對至關重要。

總結:

CPU緩存的作用說白了就是提高命中率、降低延遲、降低記憶體開銷、減少錯失懲罰等,對於一般用戶你只需了解CPU緩存能夠提升CPU的工作效率即可,緩存在cpu參數中的作用舉足輕重。


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