CPU緩存是什么?一二三級緩存對CPU影響的重要程度介紹

我們知道,CPU性能是主要由CPU構架、核心線程數(shù)量、主頻、緩存等諸多因素共同決定,而“緩存”是很多網(wǎng)友容易忽視的一個地方。那么,CPU緩存是什么?在電腦CPU中,一二三級緩存究竟誰對CPU性能影響最重要呢?下面腳本之家小編就來帶大家全面科普一下。
CPU的一二三級緩存哪個重要?
CPU緩存是什么?
CPU緩存(Cache Memory)是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器,它的容量比內(nèi)存小的多但是交換速度卻比內(nèi)存要快得多。CPU高速緩存的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運算速度與內(nèi)存讀寫速度不匹配的矛盾,因為CPU運算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多,這樣會使CPU花費很長時間等待數(shù)據(jù)到來或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分,但這一小部分是短時間內(nèi)CPU即將訪問的,當CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時,就可先緩存中調(diào)用,從而加快讀取速度。
CPU緩存
緩存大小是CPU的重要指標之一,而且緩存的結構和大小對CPU速度的影響非常大,CPU內(nèi)緩存的運行頻率極高,一般是和處理器同頻運作,工作效率遠遠大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。實際工作時,CPU往往需要重復讀取同樣的數(shù)據(jù)塊,而緩存容量的增大,可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率,而不用再到內(nèi)存或者硬盤上尋找,以此提高系統(tǒng)性能。但是從CPU芯片面積和成本的因素來考慮,緩存都很小。
CPU緩存設計示意圖
按照數(shù)據(jù)讀取順序和與CPU結合的緊密程度,CPU緩存可以分為一級緩存,二級緩存,如今主流CPU還有三級緩存,甚至有些CPU還有四級緩存。每一級緩存中所儲存的全部數(shù)據(jù)都是下一級緩存的一部分,這三種緩存的技術難度和制造成本是相對遞減的,所以其容量也是相對遞增的。
為什么CPU會有L1、L2、L3這樣的緩存設計?主要是因為現(xiàn)在的處理器太快了,而從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)實在太慢(一個是因為內(nèi)存本身速度不夠,另一個是因為它離CPU太遠了,總的來說需要讓CPU等待幾十甚至幾百個時鐘周期),這個時候為了保證CPU的速度,就需要延遲更小速度更快的內(nèi)存提供幫助,而這就是緩存,如下圖所示。
當CPU要讀取一個數(shù)據(jù)時,首先從一級緩存中查找,如果沒有找到再從二級緩存中查找,如果還是沒有就從三級緩存或內(nèi)存中查找。一般來說,每級緩存的命中率大概都在80%左右,也就是說全部數(shù)據(jù)量的80%都可以在一級緩存中找到,只剩下20%的總數(shù)據(jù)量才需要從二級緩存、三級緩存或內(nèi)存中讀取,由此可見一級緩存是整個CPU緩存架構中最為重要的部分。
CPU的一二三級緩存哪個最重要?
一般來說,每級緩存的命中率大概都在80%左右,也就是說全部數(shù)據(jù)量的80%都可以在一級緩存中找到,只剩下20%的總數(shù)據(jù)量才需要從二級緩存、三級緩存或內(nèi)存中讀取,由此可見一級緩存是整個CPU緩存架構中最為重要的部分。
但是,現(xiàn)在CPU的一級緩存幾乎都一樣,容量都比較小,多為64K,因此如今的CPU基本很少提一級緩存,主要是大家都一樣,雖然最重要,但卻不值得一提。
二級緩存,對CPU是很重要的,不過很多朋友會發(fā)現(xiàn),如今很多Intel的CPU也都不怎么提二級緩存,只標注三級緩存。而AMD的不少新CPU也多為標注三級緩存為主,二級緩存只有部分型號會標注,比如AMD銳龍5 2600X提供3M三級緩存和16M三級緩存,R7 2700X則也只有16M三級緩存。而Intel酷睿i3 8100則只有6M三級緩存,高端的i7 8700K則只標注12MB。
CPU三級緩存對比
因此,在目前的新款CPU中,二級緩存的重要性在減弱,三級緩存則成為重點。
現(xiàn)代CPU的高速緩存體系結構是非常復雜的,其中包括硬件預取和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),以便能提供最佳的高速緩存命中機會,有些CPU甚至還加入了L4緩存。
以上就是電腦CPU 一二三級緩存的知識科普。對于普通電腦用戶來說,只要知道CPU緩存是決定CPU性能的因素之一,普通用戶對CPU緩存并不太敏感,游戲玩家更為在意的CPU核心數(shù)、主頻等因素,而對于一些3D制圖、視頻渲染用戶來說,比較考驗CPU綜合性能,這個時候大緩存會顯得更優(yōu)勢。
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