认识缓存

Author: 阮开繁 Date: 2000年第18期

　　所谓缓存（Cache）就是高速缓冲存储器，它位于CPU与主存（即DRAM动态存储器）之间，通常由SRAM（静态存储器）构成，它的容量较小但存取速度较快。目前计算机主要使用的内存为DRAM，它具有造价低、容量大的特点，受到广泛欢迎。但由于DRAM是使用电容特性来储存信息，存取速度难以进一步提高，而CPU每执行一条指令都要一次或多次访问主存，DRAM的速度又远小于CPU速度，因此为了实现速度上的匹配，只能在CPU指令周期中插入等待，这样将大大降低系统的执行效率。SRAM由于采用了与CPU同样的制作工艺，因此与DRAM相比，它的存取速度要快得多。但其体积大、功耗大、价格也高，不可能也不必要将所有内存都换成SRAM，因此，为了解决速度与成本的矛盾就产生了一种分级处理方法，即在主存与CPU之间加装一个容量较小的SRAM作为高速缓冲存储器，当使用缓存时，在缓存中就保存有主存部分内容的副本（即为存储器映像），CPU在读写数据时，首先访问缓存，由于缓存速度与CPU速度相当，所以CPU可以在零等待下完成指令执行，只有当缓存中没有CPU所需的数据时（这时称为“未命中”），CPU才去访问主存。CPU访问缓存的命中率在80％以上，从而大大提高了CPU访问数据的速度，提高了系统性能。
　　传统的Socket架构通常采用两级缓冲结构，即在CPU中集成一级缓存（L1 Cache），在主板上装第二级缓存（L2 Cache），而Slot 1架构的L2 Cache则与CPU做在同一块电路板上，以内核速度（CPU速度）或内核速度一半运行，速度比Socket架构的L2 Cache更快，能更大限度地发挥与高速CPU配合的优势，当然这对Cache的工艺要求也较高。CPU在执行指令时，首先在L1缓存中查找数据，如找不到，则在L2缓存中找，如找到则传输给CPU同时修改L1缓存的数据，若数据不在L1和L2缓存中，则从主存中提取数据同时修改两级缓存的数据。由此可见，缓存相当于一个临时的快速运输器、搬运工，它对于系统的运作有不可忽视的作用，所以选择有缓存和大容量缓存的CPU可提高我们计算机的工作效率，当然，价格也会很高。