二級緩存是什么？一級緩存是什么？

二級緩存是什么?

CPU緩存(Cache Memory)位于CPU與內存之間的臨時存儲器，它的容量比內存小但交換速度快。在緩存中的數據是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的，當CPU調用大量數據時，就可避開內存直接從緩存中調用，從而加快讀取速度。最初緩存只有一級，二級緩存(L2 CACHE)出現是為了協調一級緩存與內存之間的速度。二級緩存比一級緩存速度更慢，容量更大，主要就是做一級緩存和內存之間數據臨時交換的地方用。實際上，現在Intel和AMD處理器在一級緩存的邏輯結構設計上有所不同，所以二級緩存對CPU性能的影響也不盡相同。

工作原理

緩存的工作原理是當CPU要讀取一個數據時，首先從緩存中查找，如果找到就立即讀取并送給CPU處理;如果沒有找到，就用相對慢的速度從內存中讀取并送給CPU處理，同時把這個數據所在的數據塊調入緩存中，可以使得以后對整塊數據的讀取都從緩存中進行，不必再調用內存。

緩存的利用率

CPU在緩存中找到有用的數據被稱為命中，當緩存中沒有CPU所需的數據時(這時稱為未命中)，CPU才訪問內存。從理論上講，在一顆擁有二級緩存的CPU中，讀取一級緩存的命中率為80%。也就是說CPU一級緩存中找到的有用數據占數據總量的80%，剩下的20%從二級緩存中讀取。由于不能準確預測將要執行的數據，讀取二級緩存的命中率也在80%左右(從二級緩存讀到有用的數據占總數據的16%)。那么還有的數據就不得不從內存調用，但這已經是一個相當小的比例了。目前的較高端的CPU中，還會帶有三級緩存，它是為讀取二級緩存后未命中的數據設計的—種緩存，在擁有三級緩存的CPU中，只有約5%的數據需要從內存中調用，這進一步提高了CPU的效率。

為了保證CPU訪問時有較高的命中率，緩存中的內容應該按一定的算法替換。一種較常用的算法是“最近最少使用算法”(LRU算法)，它是將最近一段時間內最少被訪問過的行淘汰出局。因此需要為每行設置一個計數器，LRU算法是把命中行的計數器清零，其他各行計數器加1。當需要替換時淘汰行計數器計數值最大的數據行出局。這是一種高效、科學的算法，其計數器清零過程可以把一些頻繁調用后再不需要的數據淘汰出緩存，提高緩存的利用率。

處理器緩存

所謂處理器緩存，通常指的是二級高速緩存，或外部高速緩存。即高速緩沖存儲器，是位于CPU和主存儲器DRAM(Dynamic RAM)之間的規模較小的但速度很高的存儲器，通常由SRAM(靜態隨機存儲器)組成。用來存放那些被CPU頻繁使用的數據，以便使CPU不必依賴于速度較慢的DRAM(動態隨機存儲器)。L2高速緩存一直都屬于速度極快而價格也相當昂貴的一類內存，稱為SRAM(靜態RAM)，SRAM(Static RAM)是靜態存儲器的英文縮寫。由于SRAM采用了與制作CPU相同的半導體工藝，因此與動態存儲器DRAM比較，SRAM的存取速度快，但體積較大，價格很高。

一級緩存是什么?

一級緩存都內置在CPU內部并與CPU同速運行，可以有效的提高CPU的運行效率。一級緩存越大，CPU的運行效率越高，但受到CPU內部結構的限制，一級緩存的容量都很小。

CPU緩存(Cache Memory)是位于CPU與內存之間的臨時存儲器，它的容量比內存小的多但是交換速度卻比內存要快得多。緩存的出現主要是為了解決CPU運算速度與內存讀寫速度不匹配的矛盾，因為CPU運算速度要比內存讀寫速度快很多，這樣會使CPU花費很長時間等待數據到來或把數據寫入內存。在緩存中的數據是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的，當CPU調用大量數據時，就可避開內存直接從緩存中調用，從而加快讀取速度。由此可見，在CPU中加入緩存是一種高效的解決方案，這樣整個內存儲器(緩存+內存)就變成了既有緩存的高速度，又有內存的大容量的存儲系統了。緩存對CPU的性能影響很大，主要是因為CPU的數據交換順序和CPU與緩存間的帶寬引起的。

分類

一級緩存可以分為一級數據緩存(Data Cache，D-Cache)和一級指令緩存(Instruction Cache，I-Cache)。二者分別用來存放數據以及對執行這些數據的指令進行即時解碼，而且兩者可以同時被CPU訪問，減少了爭用Cache所造成的沖突，提高了處理器效能。目前大多數CPU的一級數據緩存和一級指令緩存具有相同的容量，例如AMD的Athlon XP就具有64KB的一級數據緩存和64KB的一級指令緩存，其一級緩存就以64KB+64KB來表示，其余的CPU的一級緩存表示方法以此類推。

數據緩存設計

根據工作原理的不同，目前主流處理器所采用的一級數據緩存又可以分為實數據讀寫緩存和數據代碼指令追蹤緩存2種，它們分別被AMD和Intel所采用。