缓存的区别及其在CPU中的重要性

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都具有多级高速缓存。在某些情况下，可以是片上的，也可以是封装上的。尽管如此，这个缓冲存储器对系统性能影响很大。借助它，可以更快地获取数据和指令并进行处理。 并非所有内存级别都完全相同。每个都有您应该了解的不同特征。 内容 介绍 从使用打孔卡加载程序和数据的原始计算机，到现在的多级存储器，通过第一个磁存储器的到来，这些系统已经发展了很多。 目前，现代建筑有几个层次，可以用金字塔的形式表示： 底层是辅助存储器（例如：某种类型的 ROM、磁性存储器、闪存），它们容量最大，但速度也最慢。此外，它们是持久的，当电源移除时它们不会被擦除。这种类型的存储器的一个例子是硬盘驱动器。 由于这些速度不够快，无法满足微处理器的需求，因此实现了中间级别：主存储器。即RAM。这种存储器的容量比辅助存储器小，但速度快得多，因为它是 DRAM（动态 RAM）类型，但易失性。


随着微处理器的进步，即使主内存也不够快，无法避免瓶颈。这就是为什么开始在 RAM 和 CPU 之间添加另一种更快的内存模块，称为高速缓存。然后，这些模块被实现为更靠近微处理器并具有更高的速度（在 CPU 自己的封装中，即封装中）。随着微电子技术的进步，这种缓存变得更快，并集成在 CPU 芯片本身（片上）内，并且具有多个级别。但 特殊数据 它们都是SRAM（静态RAM）类型。 虽然高速缓冲存储器的速度非常快，并且接近CPU，可以更快地满足数据和指令的需求，但金字塔中还有另一个更快的存储器，它会位于顶部。这些就是记录。它们只能存储一位，但速度非常快。此外，在功能单元附近还有几个可以快速为其供电的单元（PC、状态、累加器、通用等）。 可以看到，从底层（辅助内存）到顶层（寄存器），速度越来越快，但容量却越来越小。这是因为靠近底部的存储器实施起来更便宜，而靠近顶部的更快的存储器则昂贵得多，这就是为什么它们具有大尺寸是无利可图的。 DRAM 与 SRAM 主存储器是使用某种类型的DRAM实现的。这意味着存储单元必须使用信号不断更新（刷新）。否则，如果长时间不刷新，数据就会丢失。



这一特性使得它们比 SRAM 消耗更多的能量并且速度更慢。 SRAM的能源效率更高，并且不需要更新，因此速度明显更快。另一方面，实现每个单元的成本要高得多，这阻碍了其通用化，并且使得实现非常高的容量无利可图。 如果从电子层面进行分析，就可以了解两者之间速度的差异。DRAM 使用电容器和晶体管的组合来实现每个存储单元。相比之下，SRAM 仅使用 6 个晶体管。 缓存级别之间的差异 在缓存中，它们被分为不同的级别。每个级别都略有不同。尽管它们都共享相同的 SRAM 技术，但它们的布局和功能甚至用途都不同： LLC（末级高速缓存）：它是系统中最高级别的高速缓存。根据系统的不同，它可以是 L3、L2，在某些情况下甚至可以是 L4。最后一层是统一的，即它不区分地存储数据和指令。它的尺寸也是最大的，通常由不同的原子核共享。在某些情况下，它可以在芯片本身内实现，尽管也有在芯片外部（片外）实现的情况。 L2：在现代微处理器中，它位于片上，工作频率与微处理器本身相同。以前，在某些设计中，它位于外部并以与主板数据总线相同的频率工作。在这种情况下也是统一的。 L1：是最低级别，目前分为两个块。