緩存是什么以及緩存的作用？

2013-09-16 10:14 作者：ly 瀏覽量：

我們常聽說CPU里有緩存、硬盤里面有緩存、光驅里有緩存……

　　其實，在電腦的很多部件中，緩存常常作為一個配角存在，但它在計算機中的地位，絕對是舉足輕重的。

　　緩存是什么意思呢？隨小編一起來看看什么是緩存，緩存，從字面意思來看，有個“緩”字，但并不代表緩存它的行動很緩慢。相反，它甚至可以說是電腦中，除了CPU以外，最“勤快”的部件了。“緩”在這里更多代表的是一種“緩沖，緩解矛盾”的含義。

　　我們再來看看緩存的作用。

　　平時知道緩存的存在，最多的還是從CPU上面，其次是硬盤以及光驅。緩存存在的地方，必然是數據交換頻繁的地方。作為核心的CPU處理數據的速度極快，內存跟不上，怎么辦？緩存來幫忙。硬盤磁頭頻繁讀寫忙不過來，怎么辦？緩存來幫忙。刻錄機在等待從硬盤上讀取數據，一時沒找到，眼看就要刻錄失敗，怎么辦？還是緩存來幫忙。CPU的緩存能提升CPU的性能，硬盤的緩存能提升硬盤的讀寫速度，刻錄機中的緩存能讓刻錄穩定。

　　總的來說，緩存的三大作用，就是預讀取（預先讀取將要載入的數據）、存儲臨時訪問過的數據和對寫入的數據進行暫時存放。有點耳熟？不錯，這些聽起來有點像內存的用途。不過緩存的工作地點，總是先于內存。它是一個緩沖區，是一個讓內存不與那些“核心”直接打交道，避免“引發沖突”的重要部件。

    舉個例子，在CPU里面，緩存是高速的，老鳥們一般喜歡稱它為cache，普通的家用CPU一般都有一級緩存和二級緩存（也稱為L1、L2緩存），有的甚至還有L3緩存。讓緩存夾在CPU與內存之間，CPU緩存的存在，主要是為了解決內存的“慢速”與CPU的"快速"之間的矛盾。當年Intel曾經推出過一些由奔騰閹割而來的無緩存賽揚，但無緩存的CPU性能實在不怎么樣，近來也就再沒有類似產品問世。

    有人說，緩存都很小？

    一般來說，我們看到的緩存容量都不大。比如目前熱門的Pentium E5200/E5300，它的L1緩存為64KB×2，L2緩存（二級緩存）也僅為2MB，而AthlonⅡ ×2 240的L1緩存為128KB×2，L2也不大，為2MB。就算是目前售價為999美元的頂級桌面處理器酷睿i7 975 EE,其L2緩存不過8192KB，而歷史上L2緩存最大的酷睿2 QX9650，也不過才12MB。

    對于目前市場上銷售的傳統家用硬盤，緩存也不過在8MB---32MB（少數企業級會達到64MB），而光驅的緩存也是512KB---2MB不等。

    如果僅從緩存容量的大小來看，顯然無法與當前電腦內部動輒上4GB的內存與上TB的硬盤容量相提并論。

    還有人說，緩存都很貴？

    或許你會問，“為什么那些硬件廠商如此摳門，不把緩存做的大一些？”要解答這個問題，還得從兩方面入手。第一，因為緩存對性能影響很大，所以它就成了當廠商劃分市場的絕好方式。比如：Pentium E5300的主頻為，L2為2MB，現在售價為470元；同是45納米制程，架構基本相同的酷睿2 E7300的主頻為2.66GHz，但L2為3MB，售價達到了630元。在制程、主頻、核心架構、核心數量都相差無幾的情況下，那1MB的L2緩存就帶來了160元的差距。而恰恰是這1MB的差距，在實際測試中，讓E7300在某些情況下，最高能領先E5300近20%。第二，從理論上說，把緩存加大，雖然對性能的提升有幫助，但在成本方面投入卻是不能成正比的。舉一個不太規范的例子，對于CPU來說，將L2緩存從1MB提升為2MB，性能可能會有50%的提升，如果將2MB提升為4MB，可能會有20%的提升，從8MB提升到12MB，可能這個提升幅度也僅有5%。當緩存大到一定程度的時候，提升幅度就越小，而成本卻是成倍增加。這也是處理器、硬盤、光驅廠商不會貿然大幅度提升緩存的原因。

    除了“性價比”的限制讓廠商不會拼命提升緩存容量外，緩存越大，相應地也會讓產品的功耗和發熱量增加。在成本和帶來的收益不成正比的情況下，現在的硬件緩存在容量方面的發展也就比較慢。

    為什么Intel處理器和AMD處理器的緩存差異很大？

    如果綜觀市面上所有的CPU緩存，細心的朋友或許會發現，Intel和AMD的處理器在緩存方面有個特征---Intel處理器的L1緩存往往比較小（一個核心為32KB的居多），而L2緩存則相對較大；AMD則是L1較大（一個核心有64KB及以上的居多），L2則以2MB、4MB居多，沒有Intel那么夸張。

　　這是因為Intel和AMD處理器在對處理數據的算法上有所不同。Intel處理器中的L1緩存并不存放實際的數據，而僅僅是存放實際數據的地址，實際的數據存放在L2緩存中。而AMD在L1緩存中就會存放那些最常用的數據，在L2中存放比較常用的數據。從他們的不同結構中，我們能得出結論就是Intel處理器因為自身的算法原因，對L2緩存的需求比AMD大，因此，L2緩存的大小會直接影響到Intel處理器的性能，對AMD處理器的影響就沒那么大。

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