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高速緩沖存儲器cache是位于cpu與內存之間的臨時存儲器，它的容量比內存小但交換速度快。 那cpu緩存的作用有哪些？下面是小編整理的，歡迎大家閱讀！更多相關信息請關注相關欄目！
在cache中的數(shù)據(jù)是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間內cpu即將訪問的，當cpu調用大量數(shù)據(jù)時，就可避開內存直接從cache中調用，從而加快讀取速度。由此可見，在cpu中加入cache是一種高效的解決方案，這樣整個內存儲器（cache 內存）就變成了既有cache的高速度，又有內存的大容量的存儲系統(tǒng)了。
cache對cpu的性能影響很大，主要是因為cpu的數(shù)據(jù)交換順序和cpu與cache間的帶寬引起的。
cpu要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從cache中查找，如果找到就立即讀取并送給cpu處理；如果沒有找到，就用相對慢的速度從內存中讀取并送給cpu處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調入cache中，可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從cache中進行，不必再調用內存。
正是這樣的讀取機制使cpu讀取cache的命中率非常高（大多數(shù)cpu可達90%左右），也就是說cpu下一次要讀取的數(shù)據(jù)90%都在cache中，只有大約10%需要從內存讀取。這大大節(jié)省了cpu直接讀取內存的時間，也使cpu讀取數(shù)據(jù)時基本無需等待?？偟膩碚f，cpu讀取數(shù)據(jù)的順序是先cache后內存。
前面是把cache作為一個整體來考慮的，現(xiàn)在要分類分析了。intel從pentium開始將cache分開，通常分為一級高速緩存l1和二級高速緩存l2。
在以往的觀念中，l1 cache是集成在cpu中的，被稱為片內cache。在l1中還分數(shù)據(jù)cache（i-cache）和指令cache（d-cache）。它們分別用來存放數(shù)據(jù)和執(zhí)行這些數(shù)據(jù)的指令，而且兩個cache可以同時被cpu訪問，減少了爭用cache所造成的沖突，提高了處理器效能。
在p4處理器中使用了一種先進的一級指令cache——動態(tài)跟蹤緩存。它直接和執(zhí)行單元及動態(tài)跟蹤引擎相連，通過動態(tài)跟蹤引擎可以很快地找到所執(zhí)行的指令，并且將指令的順序存儲在追蹤緩存里，這樣就減少了主執(zhí)行循環(huán)的解碼周期，提高了處理器的運算效率。
以前的l2 cache沒集成在cpu中，而在主板上或與cpu集成在同一塊電路板上，因此也被稱為片外cache。但從pⅲ開始，由于工藝的提高l2 cache被集成在cpu內核中，以相同于主頻的速度工作，結束了l2 cache與cpu大差距分頻的歷史，使l2 cache與l1 cache在性能上平等，得到更高的傳輸速度。 l2cache只存儲數(shù)據(jù)，因此不分數(shù)據(jù)cache和指令cache。在cpu核心不變化的情況下，增加l2 cache的容量能使性能提升，同一核心的cpu高低端之分往往也是在l2 cache上做手腳，可見l2 cache的重要性。現(xiàn)在cpu的l1 cache與l2 cache惟一區(qū)別在于讀取順序。
cpu在cache中找到有用的數(shù)據(jù)被稱為命中，當cache中沒有cpu所需的數(shù)據(jù)時（這時稱為未命中），cpu才訪問內存。從理論上講，在一顆擁有2級cache的cpu中，讀取l1 cache的命中率為80%。也就是說cpu從l1 cache中找到的有用數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)總量的'80%，剩下的20%從l2 cache讀取。由于不能準確預測將要執(zhí)行的數(shù)據(jù)，讀取l2的命中率也在80%左右（從l2讀到有用的數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的16%）。那么還有的數(shù)據(jù)就不得不從內存調用，但這已經(jīng)是一個相當小的比例了。在一些高端領域的cpu（像intel的itanium）中，我們常聽到l3 cache，它是為讀取l2 cache后未命中的數(shù)據(jù)設計的—種cache，在擁有l(wèi)3 cache的cpu中，只有約5%的數(shù)據(jù)需要從內存中調用，這進一步提高了cpu的效率。
為了保證cpu訪問時有較高的命中率，cache中的內容應該按一定的算法替換。一種較常用的算法是“最近最少使用算法”（lru算法），它是將最近一段時間內最少被訪問過的行淘汰出局。因此需要為每行設置一個計數(shù)器，lru算法是把命中行的計數(shù)器清零，其他各行計數(shù)器加1。當需要替換時淘汰行計數(shù)器計數(shù)值最大的數(shù)據(jù)行出局。這是一種高效、科學的算法，其計數(shù)器清零過程可以把一些頻繁調用后再不需要的數(shù)據(jù)淘汰出cache，提高cache的利用率。 緩存技術的發(fā)展
總之，在傳輸速度有較大差異的設備間都可以利用cache作為匹配來調節(jié)差距，或者說是這些設備的傳輸通道。在顯示系統(tǒng)、硬盤和光驅，以及網(wǎng)絡通訊中，都需要使用cache技術。但cache均由靜態(tài)ram組成，結構復雜，成本不菲，使用現(xiàn)有工藝在有限的面積內不可能做得很大，不過，這也正是技術前進的源動力，有需要才有進步!
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