CPU的一、二、三级缓存的区别
引言
概念
缓存大小也是CPU的重要指标之一,而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大,CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频 运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时,CPU往往需要重复读取同样的数据块,而缓存容量的增大,可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中 率,而不用再到内存或者硬盘上寻找,以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑,缓存都很小。
缓存作用
CPU缓存的作用主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾,而缓存的容量要比内存要小的太多,但是其速度要比内存快的多,因此这样会让CPU使用很长的时间等待数据到来或把数据写入内存中。搜索在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就能够避开内存直接从缓存中调用,从而加快读取速度。
当CPU需要读取数据并进行计算时,首先需要将CPU缓存中查到所需的数据,并在最短的时间下交付给CPU。如果没有查到所需的数据,CPU就会提出“要求”经过缓存从内存中读取,再原路返回至CPU进行计算。而同时,把这个数据所在的数据也调入缓存,可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行,不必再调用内存。
多级缓存
一级缓存(L1 Cache)
一级缓存是CPU第一层高速缓存,分为数据缓存和指令缓存。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大,不过高速缓冲存储器均 由静态RAM组成,结构较复杂,在CPU管芯面积不能太大的情况下,L1级高速缓存的容量不可能做得太大。一般服务器CPU的L1缓存的容量通常在32— 256KB。##
二级缓存(L2 Cache)
二级缓存是CPU的第二层高速缓存,分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同,而外部的二级缓存则只有主频的一半。 L2高速缓存容量也会影响CPU的性能,原则是越大越好,现在家庭用CPU容量最大的是512KB,而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达 256-1MB,有的高达2MB或者3MB。
三级缓存(L3 Cache)
三级缓存分为两种,早期的是外置,现在的都是内置的。而它的实际作用即是,L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟,同时提升大数据量计算 时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3缓存的 配置利用物理内存会更有效,故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处 理器队列长度。
其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上,当时的L3缓存受限于制造工艺,并没有被集成进芯片内部, 而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的L3缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理 器。接着就是P4EE和至强MP。Intel还打算推出一款9MB L3缓存的Itanium2处理器,和以后24MB L3缓存的双核心Itanium2处理器。
但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要,比方配备1MB L3缓存的Xeon MP处理器却仍然不是Opteron的对手,由此可见前端总线的增加,要比缓存增加带来更有效的性能提升。
三级缓存的区别
一、二级缓存属于各核心独享,而三级缓存是核心共享的,所有三级缓存的容量相对于一二级缓存要大得多
CPU的核心数量、高频高低都会影响性能,但如果让CPU更聪明、更有效率的执行计算任务,那么缓存的作用就至关重要了。