2022-08-02  2022-08-02    1482 字  3 分钟

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我们知道,CPU 性能是主要由 CPU 构架、核心线程数量、主频、缓存等诸多因素共同决定,而“缓存”是很多网友容易忽视的一个地方。那么,CPU 缓存是什么?在电脑 CPU 中,一二三级缓存究竟谁对 CPU 性能影响最重要呢?

CPU 缓存是什么

CPU 缓存(Cache Memory)是位于 CPU 与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。CPU 高速缓存的出现主要是为了解决 CPU 运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾,因为 CPU 运算速度要比内存读写速度快很多,这样会使 CPU 花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。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,就可先缓存中调用,从而加快读取速度。

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> CPU 缓存

缓存大小是 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。但是从 CPU 芯片面积和成本的因素来考虑,缓存都很小。

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> CPU 缓存设计示意图

按照数据读取顺序和与 CPU 结合的紧密程度,CPU 缓存可以分为一级缓存,二级缓存,如今主流 CPU 还有三级缓存,甚至有些 CPU 还有四级缓存。每一级缓存中所储存的全部数据都是下一级缓存的一部分,这三种缓存的技术难度和制造成本是相对递减的,所以其容量也是相对递增的。

为什么 CPU 会有 L1、L2、L3 这样的缓存设计?主要是因为现在的处理器太快了,而从内存中读取数据实在太慢(一个是因为内存本身速度不够,另一个是因为它离 CPU 太远了,总的来说需要让 CPU 等待几十甚至几百个时钟周期),这个时候为了保证 CPU 的速度,就需要延迟更小速度更快的内存提供帮助,而这就是缓存,如下图所示。

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当 CPU 要读取一个数据时,首先从一级缓存中查找,如果没有找到再从二级缓存中查找,如果还是没有就从三级缓存或内存中查找。一般来说,每级缓存的命中率大概都在 80%左右,也就是说全部数据量的 80%都可以在一级缓存中找到,只剩下 20%的总数据量才需要从二级缓存、三级缓存或内存中读取,由此可见一级缓存是整个 CPU 缓存架构中最为重要的部分。

CPU 的一二三级缓存哪个最重要

一般来说,每级缓存的命中率大概都在 80%左右,也就是说全部数据量的 80%都可以在一级缓存中找到,只剩下 20%的总数据量才需要从二级缓存、三级缓存或内存中读取,由此可见一级缓存是整个 CPU 缓存架构中最为重要的部分。

但是,现在 CPU 的一级缓存几乎都一样,容量都比较小,多为 64K,因此如今的 CPU 基本很少提一级缓存,主要是大家都一样,虽然最重要,但却不值得一提。

二级缓存,对 CPU 是很重要的,不过很多朋友会发现,如今很多 Intel 的 CPU 也都不怎么提二级缓存,只标注三级缓存。而 AMD 的不少新 CPU 也多为标注三级缓存为主,二级缓存只有部分型号会标注,比如 AMD 锐龙 5 2600X 提供 3M 三级缓存和 16M 三级缓存,R7 2700X 则也只有 16M 三级缓存。而 Intel 酷睿 i3 8100 则只有 6M 三级缓存,高端的 i7 8700K 则只标注 12MB。

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因此,在目前的新款 CPU 中,二级缓存的重要性在减弱,三级缓存则成为重点。

现代 CPU 的高速缓存体系结构是非常复杂的,其中包括硬件预取和数据转发,以便能提供最佳的高速缓存命中机会,有些 CPU 甚至还加入了 L4 缓存。

以上就是电脑 CPU 一二三级缓存的知识科普。对于普通电脑用户来说,只要知道 CPU 缓存是决定 CPU 性能的因素之一,普通用户对 CPU 缓存并不太敏感,游戏玩家更为在意的 CPU 核心数、主频等因素,而对于一些 3D 制图、视频渲染用户来说,比较考验 CPU 综合性能,这个时候大缓存会显得更优势。