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cpu缓存的容量比内存大吗

  • 内存
  • 2024-05-08 05:19:49
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一、什么是cpu的缓存CPU缓存的概念CPU缓存是位于CPU和内存之间的临时数据交换器。容量比内存小很多,但是交换速度却比内存快很多。CPU缓存通常直接与CPU芯片集成或位于通过主板总线连接的单独芯片上。
为了简化与内存的通信,缓冲区控制器对数据块而不是字节进行操作。缓存实际上是一组固定大小的数据块,称为缓存行(CacheLine)。典型的行是64字节。
3CPU缓存的重要性
CPU经常要重复处理相同的数据和执行相同的指令,CPU不会必须从内存或硬盘读取数据和指令,从而减少整机的响应时间。因此,缓存的含义满足以下两个局部性原则:
时间局部性:如果一个信息元素被访问,那么它很可能在不久的将来再次被访问。
安静局部性:如果引用了某个内存位置,则将来也会引用其附近的位置。
二、CPU二级缓存有什么用,越大越好还是越小越好、二级缓存越大越好
CPU缓存(CacheMemory)是位于CPU和主存之间的临时存储器。它的容量比存储器小,但交换速度较高。缓存中的数据代表内存的一小部分,但是这小部分会在短时间内被CPU访问。当CPU调用大量数据时,可以绕过内存,直接从缓存中调用,从而加快读取速度。可见,在CPU中添加缓存是一种高效的解决方案,使整个内存(缓存+内存)成为一个兼具缓存高速和大存储容量的存储系统。缓存对CPU的性能影响较大,主要是CPU的数据交换顺序以及CPU与缓存之间的带宽影响。
缓存的工作原理是,当CPU要读取一条数据时,首先从缓存中查找。如果找到,则立即读取并发送给CPU;如果没有找到,则以相对较慢的速度从内存中读取并发送给CPU处理。同时,包含数据的数据块被转移到缓存中,以后可以从缓存中读取整个数据块,而无需访问内存。
正是这种读机制,使得CPU读缓存命中率非常高(大多数CPU可以达到90%左右),也就是说CPU下次读到的数据中有90%都存在一次读在缓存中,只有大约10%需要从内存中读取。这节省了CPU直接读取内存的大量时间,并且基本上消除了CPU在读取数据时等待的需要。一般来说,CPU读取数据的顺序是先缓存,再内存。
最早的CPU缓存是整体的,从Pentium时代开始容量就很小。此时,CPU核心内置的缓存已经不足以满足CPU的需求,而且制造工艺的限制也无法大幅提升缓存容量。因此,高速缓存与CPU集成在同一电路板或主板上。此时,CPU核心内置的缓存称为一级缓存,外部缓存称为二级缓存。一级缓存也分为数据缓存(DataCache、D-Cache)和指令缓存(InstructionCache、I-Cache)。两者分别用于存储数据和对该数据执行指令。两者可以同时被CPU访问,减少缓存争用并提高处理器性能。Intel在发布Pentium4处理器时,将指令缓存替换为新的一级跟踪缓存,容量为12,000μOps,也就是说可以存储12,000条微指令。
随着CPU制造技术的发展,二级缓存也可以很方便地集成到CPU核心中,而且其容量也在逐年增加。根据是否集成到CPU中来定义一级缓存和二级缓存已经不再正确。另外,由于二级缓存集成到了CPU核心中,改变了以往二级缓存与CPU差距较大的同频情况。此时其运行速度与主频率相同。这可以为CPU提供更高的传输速度。
二级缓存是CPU性能的关键之一。在CPU核心不变的情况下,增加二级缓存的容量可以显着提升性能。同核心的高端和低端CPU的区别往往在二级缓存上有所不同,由此可见二级缓存对于CPU的重要性。
当CPU在缓存中找到有用的数据时,称为命中。如果高速缓存中没有CPU需要的数据(这称为未命中),CPU就会访问内存。理论上,具有二级缓存的CPU读取一级缓存时的命中率为80%。也就是说,在CPU的一级缓存中找到的payload占总数据的80%,剩下的20%是从二级缓存中读取的。由于无法准确预测要执行的数据,因此读取二级缓存的命中率也在80%左右(从二级缓存读取的负载占总数据的16%)。然后必须从内存中检索剩余的数据,尽管这已经是相当小的比例。目前的高端CPU还具有三级缓存。这是一个缓存,旨在保存读取二级缓存后丢失的数据。在具有三级缓存的CPU中,这意味着只有大约5%的数据是从内存访问的,进一步提高了CPU效率。
为了保证CPU访问有较高的命中率,需要按照特定的算法替换缓存中的内容。最常用的算法之一是最近最少使用(LRU)算法,它消除最近最少访问的行。因此,必须为每一行设置一个计数器。LRU算法将命中行的计数器清零,并将其他行的计数器加1。如果需要替换,则删除行计数值最大的数据行。它是一种高效、科学的算法,其计数器清除过程可以清除缓存中一些频繁调用后不再需要的数据,提高缓存利用率。
对于CPU产品来说,一级缓存的容量基本在4KB到64KB之间,二级缓存的容量有128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等之分。产品之间的一级缓存容量差异不大,而二级缓存容量则是提升CPU性能的关键。二级缓存容量的增加是由CPU制造工艺决定的。容量的增加必然导致CPU内晶体管数量的增加会更高。
三、内存与cpu缓存相比,容量,速度小容量、高速度。
经查中国电子官网,CPU缓存是CPU与内存之间的临时数据交换。容量比内存小,但交换速度比内存快。
CPU通常指的是中央处理器。中央处理器作为计算机系统的数据处理和控制核心,是信息处理和程序执行的最终执行单元。