為什么cpu需要用到緩存？cpu緩存的作用

2020-03-01 04:34:20

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供稿：網(wǎng)友

在選擇cpu的時候我們經(jīng)常會看到緩存（Cache）這個參數(shù)，很多人對cpu緩存的作用也比較好奇，下面小編就帶著這個疑問來為大家解釋一下為什么cpu需要用到緩存？

為什么cpu需要用到緩存？簡單的說，因為CPU太快，內(nèi)存太慢，需要有緩存來減少CPU的等待時間，變相地提高CPU性能。

我們來舉個例子，比如CPU做一個加法運算，需要1-2個時鐘周期，那從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)需要100-300個周期，這中間差距太大了，CPU不可能等待那么長時間，不然高速的CPU也變成了龜速，于是就想出了緩存Cache這個東西。
為什么cpu需要用到緩存？cpu緩存的作用

現(xiàn)在主流的CPU中，通常有三級緩存，分為L1、L2和L3，它們間的速度呈遞減，容量呈遞增，讀取L1中的信息大概就3個周期，和CPU處理運算的速度無限接近了，讀L2的周期大概10-15個周期，讀L3的就更慢了，大概40-60個周期左右。

之所以CPU要采用這樣的層級結(jié)構(gòu)，就是從成本、性能、容量還有面積上來平衡的，對于緩存來說，下面幾點是它們提升的目標(biāo)，也就是cpu緩存的作用。

1、提高命中率

命中率是在高速緩存中找到內(nèi)存引用的速率。我們希望能先從緩存中獲得信息，以得到速度優(yōu)勢，所以緩存需要最大限度地實現(xiàn)這一目標(biāo)。對于單個高速緩存，大小、關(guān)聯(lián)性和塊大小決定命中率。

2、降低延遲

訪問緩存的時間應(yīng)該盡可能短，可以通過多種方式縮短這個時間，比如可以通過減小緩存的大小或關(guān)聯(lián)性來降低緩存的延遲，還有方式預(yù)測、增加帶寬等方法。

3、減少錯失懲罰

緩存中未能命中（Cache miss）是不可避免的，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，通過提高命中率并通過應(yīng)用不同的優(yōu)化（如關(guān)鍵詞優(yōu)先），可以降低錯失懲罰。

4、降低更低級別內(nèi)存下的開銷

高速緩存是內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)的一部分，其性能會影響其他性能，處理其他內(nèi)存花費的時間越長，意味著系統(tǒng)性能越低，也就是說盡可能讓處理在緩存中完成。
為什么cpu需要用到緩存？cpu緩存的作用

CPU高速緩存是CPU中的非常重要的部分，占據(jù)了大量的資源開銷和成本，當(dāng)你看到一張CPU架構(gòu)圖時就會發(fā)現(xiàn)，一大片一大片的都是Cache占領(lǐng)著，目測至少有50%的面積了，足見其地位。

總結(jié)：為什么cpu需要用到緩存？cpu緩存的作用

用專業(yè)的說法來說，cpu緩存的作用是提高命中率、降低延遲、減少錯失懲罰、降低內(nèi)存開銷。對于普通用戶來說可能不太好理解，總之你只要記住，cpu的緩存可以提升cpu的工作效率就行了，它在cpu參數(shù)里的作用舉足輕重。

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