如何认识电脑中的cache(cpu缓存）【百科全说】

只要你对电脑不太陌生，一定听过‘cache'缓存这个词吧，在电脑系统里，缓存的额作用是举足轻重的，并且它以各种不同的形式存在于硬件和软件里面，其中有我们熟知的CPU一级缓存，二级缓存，硬盘缓存，光驱缓存，及页面缓存等，而操作系统的虚拟内存是缓存的另一种表达方式，在文本里面，我们将探究缓存的工作原理，藉此表明为何它在电脑里面系统中的地为是那么的重要

操作方法

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cpu缓存缓存是CPU必不可少的一个组成部分，随着CPU主频不断提升，缓存作用越来越大，目前，内存速度根本无法满足高频CPU的需求，那么缓存便承担起协调低速内存与高速处理器之间的工作匹配问题，随着架构设计和制作工艺的不断提升，CPU处理能力以大大超出了存储系统的供应能力。于是，CPU不得不存在于储存系统提供足够的数据前处于等待状况。CPU频率越高，差距就越大。如果把cPU比作图书管理员，而系统主内存比作书库的话，那么情况就是管理员每处理一次书籍的借还工作就得在书库与柜台之间来回一趟，而当管理员刚把A君还给的书入库而B君还给的书入库显然，这样所花费的无效时间相当之大，而且效率非常低下，在这样的额情况下，一种解决方法是在柜台上开辟一小块地方专门放置十大热门书籍，已解决管理员在处理这些书籍的借还花费时间。实际上这一小块地方就是我们常常说的L1 cache 一级缓存，问题又来了，当管理员发现要处理的书籍并不属于十大热门范围，那么还得往书库里跑一趟。为了解这样的问题，我们可以在柜台后面的书架，存放100本甚至更多的常用书籍，这个书架就相当于CPU的L2 cache二级缓存。当管理员处理书籍时可以先检查柜台，然后再到柜台后面的书架，接着是书库，如果仍找不到相应的书籍时，就必须跑书店了（相当于硬盘）由此可以看出，一级缓存是用来放CPU最常用的程序代码和数据，供CPU进行及时快速的读写，大多数一级缓存都整合在cpu核心中，采用速度与成本都非常高的SRAM(同步储存器）如pentium 4配备了8kb低于1.42nsde 一级缓存，拥有极低的寻道时间，能迅速找到并且命中目标指令。单纯从提升性能的角度出发，增加一级缓存是最直接的办法当处于成本考虑，这种该方案不适合主流平台。因为在芯片里集成更高容量的一级缓存需要非常高的制造工艺和电气性能，而且性能的提升与成本的飙升并不成比例，因此最好的方法就是为一级缓存附加缓存，也就是二级缓存了，二级缓存位于一级缓存与系统内存之间，速度慢于一级缓存而大大地快于内存。但容量是一级缓存的几十倍，CPU要把存储系统中的一个byte读入到自己的储存器中，读取指令首先到达一级缓存，查找有没有需要的那个byte。如果有的话，就称作cache hit (缓存命中).否则就出现cache miss(缓存缺失）的情况，那么指令就会找到二级缓存中查找，以类似推到内存硬盘上，如果CPU需要的那个byte在主内存中找到了，那么它和它周围的数据经一起复制到二级缓存和一级缓存中去，这一系列的byte就称为cache biock（缓存内快） pentinm 4 使用了动态跟踪缓存和数据缓存相结合的技能，跟进一步地提升处理器的效率，这是一种一级指令的高速缓存，用来保存最多12kb个已经译码的指令，借助于执行跟踪高速缓存，可以从主执行回路中消除译码器的译码延迟。它直接和执行单元及动态跟踪引导可以很快的找到说执行的指令，并且将指令的顺序存储在追踪缓存里，减少了主执行循环的解码周期，为进一步发挥cache的额作用，改进内存性能并使之与CPU发展同步来维护系统平衡，于是增加了缓存控制指令。这类指令分两种，一种是prefetch(预取）指令，能够增加从主内存到缓存的数据流：一种是Memory streaming(内存流优化处理)指令，能够增加从处理器到主内存的数据流。数据预存取指令允许应用识别出所需的信息，并预先将其从主内存中取出存入缓存。这样一来，处理器可以更快的获取信息，从而改进应用性能，为了进一步消减内存延迟，内存访问还可以与而计算机周期保持流水操作，内存流优化处理指令允许应用越过缓存直接访问该主内存。通常情况下，处理器写出的数据都将暂时存储在缓存中以备处理器稍后使用。如果处理器不再使用它，数据最终将被移到主内存。对于多媒体应用来说，通常不在需要使用这数据。这时将数据尽快移到主内存中则显得至关重要。
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硬盘缓存我们常常听到人们说硬盘的内部数据传输率和外部数据传输率这两个词。所谓内部数据传输率，指的是数据从光碟片到高速缓存的速度，而外部数据传输率也成为突发数据传输率，指的是从硬盘高速缓存到系统主内存的速度。由于内部传输率要小于外部传输率，因此硬盘需要缓存作为与外部总线交换数据时的速度适配器。在数据的读取过程中，硬盘的控制芯片发出指令。将系统正在读取的簌的数据写入高速缓存里，当系统指令开始读取下一个数据时，硬盘便不需要重新开始一个读取的动作，而只需要将缓存中的数据传送到系统主内存中去就行了。因为从硬盘缓存到系统组内存的数据传输是电子运动，所以速度比硬盘读取动作所需要的机械动作要快得多。而数据在碟片上的存储时相对连续的，所以预读的命中率是非常高的。同理，在数据写入硬盘的过程中，数据会先从系统主内存写入到缓存里，当这个操作完成后，系统就转向下一个读写指令，而不必等待缓存中的数据写入到碟片里，可见，缓存容量的加大使得更多的预读/写数据被容纳，减少了系统的等待时间。
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网络缓存大部分的朋友都对网速极慢的网站都会有些焦躁，厌恶的感觉。检查证明，用户愿意等待网站下载的平均时间不主十秒。许多ISP ,icp正在巨资来提高网络宽带，仅仅依靠额外的宽带还能不能解决网络等待时间或增加或加速响应缓慢的源服务器问题。因此高速内存技术营运而生。这种技术通过将内容移到距离用户更近的地方解决了这些问题。高速缓存技术的优势立竿见影。不仅有利于终端客户，而且也有利于ISP 和 ICP 互联网高速缓存有两种：在”边缘服务“模式中企业请第三方服务商将其内容存储在高速缓存设备中：在“开放式’模式中，利用高速缓存器，服务提供商则可以安装自己的高速缓存设备。如果没有安装高速缓存器，那么来自于浏览器的内容请求和源服务器所提供的内容就必须重复地进行远距离传输，即从请求的计算机到存储该内容的计算机，然后在返回。采用高速缓存器之后，这个过程的处理效率将大大提高，原因是频繁访问的内容不必重复的进行来自源服务器的远距离传输。高速缓存执行用户要求的频率越高。命中率就越高，同事用户说获得的性能也或跟出色。
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浏览器缓存 internet连接可能是我们电脑中最慢的连接，因此浏览器程序会使用存储在硬盘上的HTML页面。当你访问该页面是，浏览器会向internrt递交请求。并把反馈的内容复制一份存储在硬盘里。当你第二次访问相同页面时，浏览器会首先检查硬盘上的文件是否比缓存的文件更新。如同日期相同。你的浏览器会直接把存储在硬盘的文件反馈给你，而不是从网络上下载相同的文件。在这种情况下，较小较快的内存系统就是硬盘。而跟大容量却较慢的内存系统就是internet.也就是说。本地硬盘成为了intenet空间的缓存
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系统缓存我们常说的Windows虚拟内存，也是珲春的一种形式。在电脑系统中，内存起着临时存储和交换信息的作用。如果执行的程序和大或者同事执行很多程序的话，就会导致内存消耗.此操作系统作为多任务平台，对内存的要求自然就越高了。为了了解这个问题，该系统运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用。当内存被用满是，操作系统会自动调用硬盘空间来模拟内存。比方说，你用的电脑只用128MB的物理内存，当你运用一个需要200MB或更多的物理内存。在极端的情况下，你的虚拟内存容量仍无法满足应用程序的需求，这时候你就会看到‘虚拟内存不足’的警告了。随着操作系统的不断升级，虚拟内存的算法也不断提升，操作系统能跟准确的判断数据的使用情况，将那些战士不用的数据放到虚拟内存中，你腾出初读快得多的物理内存空间存放常用的额数据。为了让虚拟内存更高效的呗利用起来，人们针对不同的平台，操作系统及应用环境做出不同的优化，具体措施找文本中就不展开了

如何认识电脑中的cache(cpu缓存）

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