计算机高速缓存存储器

本文概述

• 高速缓存的类型
• 高速缓存如何与CPU一起工作？

高速缓冲存储器是一种高速存储器, 虽然尺寸较小, 但比主存储器（RAM）快。 CPU可以比主存储器更快地访问它。因此, 它可用于与高速CPU同步并改善其性能。

高速缓存只能由CPU访问。它可以是主存储器的保留部分, 也可以是CPU外部的存储设备。它保存CPU经常使用的数据和程序。因此, 可以确保每当CPU需要此数据时, 数据立即可供CPU使用。换句话说, 如果CPU在缓存中找到所需的数据或指令, 则无需访问主存储器（RAM）。因此, 通过充当RAM和CPU之间的缓冲区, 它可以提高系统性能。

高速缓存的类型

L1：这是高速缓存存储器的第一级, 称为1级高速缓存或L1高速缓存。在这种类型的高速缓存存储器中, CPU本身内部存在少量存储器。如果一个CPU有四个内核（四核cpu）, 则每个内核将具有自己的1级缓存。由于此内存存在于CPU中, 因此它可以与CPU相同的速度工作。该内存的大小在2KB到64KB之间。 L1高速缓存还具有两种类型的高速缓存：指令高速缓存（用于存储CPU所需的指令）和数据高速缓存（用于存储CPU所需的数据）。

L2：此高速缓存称为2级高速缓存或L2高速缓存。该2级高速缓存可能位于CPU内部或CPU外部。 CPU的所有内核都可以拥有自己的单独的2级缓存, 或者它们之间可以共享一个L2缓存。如果它在CPU外部, 则通过高速总线与CPU连接。此高速缓存的内存大小在256 KB到512 KB之间。在速度方面, 它们比L1缓存慢。

L3：称为3级缓存或L3缓存。此高速缓存并非在所有处理器中都存在。一些高端处理器可能具有这种类型的缓存。该缓存用于增强1级和2级缓存的性能。它位于CPU外部, 并由CPU的所有内核共享。它的内存大小从1 MB到8 MB不等。尽管它比L1和L2缓存慢, 但比随机存取存储器（RAM）快。

高速缓存如何与CPU一起工作？

当CPU需要数据时, 首先, 它会在L1缓存中查找。如果在L1中找不到任何内容, 它将在L2高速缓存中查找。如果再次出现, 它将在L2高速缓存中找不到数据, 而是查找L3高速缓存。如果在缓存中找到数据, 则称为缓存命中。相反, 如果在缓存内找不到数据, 则称为缓存未命中。

如果数据在任何高速缓存中均不可用, 它将在随机存取存储器（RAM）中查找。如果RAM也没有数据, 那么它将从硬盘驱动器获取该数据。

因此, 当第一次启动计算机或第一次打开应用程序时, 缓存或RAM中的数据不可用。在这种情况下, CPU直接从硬盘驱动器获取数据。此后, 当你启动计算机或打开应用程序时, CPU可以从高速缓存或RAM中获取该数据。