計(jì)算機(jī)CPU一級(jí)二級(jí)三級(jí)緩存介紹

1、計(jì)算機(jī)CPU 一級(jí)二級(jí)三級(jí)緩存介紹一級(jí)二級(jí)三級(jí)緩存誰(shuí)比較重要一級(jí)最重要，但是現(xiàn)在CPU的一級(jí)緩存幾乎都一樣，所以忽略。二級(jí)緩存的話對(duì)于Intel的CPU是很重要的，Intel的CPU的二級(jí)緩存越大性能提升非常 明顯，而AMD的CPU雖然二級(jí)緩存也很重要，但是二級(jí)緩存大小對(duì)AMD的CPU的性能提 升不是很明顯。三級(jí)緩存其實(shí)只是做了個(gè)輔助的作用，除了服務(wù)器，其實(shí)對(duì)大多數(shù)家庭機(jī)沒(méi)什么用的， 內(nèi)存還是很重要的，但如果運(yùn)行大型程序或游戲來(lái)說(shuō)三級(jí)緩存就顯得重要了，目前新型CPU 已經(jīng)有三級(jí)緩存了。所以說(shuō)現(xiàn)在衡量CPU性能除了頻率外就是二級(jí)緩存的大小了。從理論上講，二級(jí)緩存 越大處理器的性能越好，但這并不是

2、說(shuō)二級(jí)緩存容量加倍就能夠處理器帶來(lái)成倍的性能增長(zhǎng)。 2006年，CPU處理的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)的大小都在0-256KB之間，小部分?jǐn)?shù)據(jù)的大小在256KB-512KB之間，只有極少數(shù)數(shù)據(jù)的大小超過(guò)512KB。到2009年已經(jīng)有1m，2m的了。 所以只要處理器可用的一級(jí)、二級(jí)緩存容量達(dá)到256KB以上，那就能夠應(yīng)付正常的應(yīng)用； 512KB容量的二級(jí)緩存已經(jīng)足夠滿(mǎn)足絕大多數(shù)應(yīng)用的需求。5 編輯本段主頻、二級(jí)緩存和三級(jí)緩存哪個(gè)更重要緩存的工作原理是當(dāng)CPU要讀取一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，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(méi)有找到，就用相對(duì)慢的速度從內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同 時(shí)把這個(gè)數(shù)據(jù)所在

3、的數(shù)據(jù)塊調(diào)入緩存中，可以使得以后對(duì)整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進(jìn)行， 不必再調(diào)用內(nèi)存。正是這樣的讀取機(jī)制使CPU讀取緩存的命中率非常高（大多數(shù)CPU可達(dá)90%左右），也 就是說(shuō)CPU下一次要讀取的數(shù)據(jù)90%都在緩存中，只有大約10%需要從內(nèi)存讀取。這大大 節(jié)省了 CPU直接讀取內(nèi)存的時(shí)間，也使CPU讀取數(shù)據(jù)時(shí)基本無(wú)需等待?？偟膩?lái)說(shuō)，CPU讀 取數(shù)據(jù)的順序是先緩存后內(nèi)存。cpu的二級(jí)緩存和三級(jí)緩存的大小，并不是衡量cpu的性能的唯一標(biāo)準(zhǔn)，還得看cpu的 主頻，制程，比如說(shuō)45納米的就比65納米的好，還要稍微注意一下它支持的指令集，還得 看是誰(shuí)的產(chǎn)品，二級(jí)緩存對(duì)于intel的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)很重要但二級(jí)緩存對(duì)

4、于AMD來(lái)說(shuō)就不像intel 那么重要，因?yàn)锳MD除了有二級(jí)緩存之外還有三級(jí)緩存。要說(shuō)主頻、二級(jí)緩存和三級(jí)緩存哪個(gè)更重要，這個(gè)問(wèn)題完全還要看你使用電腦追求什么 了，主要執(zhí)行什么任務(wù)。主頻高運(yùn)算速度快，二級(jí)緩存（L2）和三級(jí)緩存（L3）起到內(nèi)存和 CPU之間的緩沖作用，緩解內(nèi)存和CPU速度不匹配問(wèn)題起到提高CPU執(zhí)行效率。所以大L2、 L3在CPU長(zhǎng)時(shí)間大量數(shù)據(jù)處理的時(shí)候效率會(huì)比較高。高主頻在短時(shí)間內(nèi)少量數(shù)據(jù)的處理上 會(huì)比較快，其實(shí)3項(xiàng)這都很重要，哪一項(xiàng)達(dá)不到一定標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)出現(xiàn)瓶頸效應(yīng)。運(yùn)作原理其運(yùn)作原理在于使用較快速的儲(chǔ)存裝置保留一份從慢速儲(chǔ)存裝置中所讀取數(shù)據(jù)且進(jìn)行 拷貝，當(dāng)有需要再?gòu)妮^慢的儲(chǔ)存

5、體中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，CACHE能夠使得讀寫(xiě)的動(dòng)作先在快速的裝 置上完成，如此會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)較為快速。編輯本段三級(jí)緩存分類(lèi)Cache （三級(jí)緩存），分為兩種，早期的是外置，以后的升級(jí)產(chǎn)品都是內(nèi)置的。而它的實(shí) 際作用即是，L3緩存的應(yīng)用可以進(jìn)一步降低內(nèi)存延遲，同時(shí)提升大數(shù)據(jù)量計(jì)算時(shí)處理器的性能。降低內(nèi)存延遲和提升大數(shù)據(jù)量計(jì)算能力對(duì)游戲都很有幫助。而在服務(wù)器領(lǐng)域增加L3 緩存在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3緩存的配置利用物理內(nèi)存會(huì)更有效， 故它比較慢的磁盤(pán)I/O子系統(tǒng)可以處理更多的數(shù)據(jù)請(qǐng)求。具有較大L3緩存的處理器提供更 有效的文件系統(tǒng)緩存行為及較短消息和處理器隊(duì)列長(zhǎng)度。其實(shí)最早的L3緩存被

6、應(yīng)用在AMD發(fā)布的K6-III處理器上，當(dāng)時(shí)的L3緩存受限于制造工 藝，并沒(méi)有被集成進(jìn)芯片內(nèi)部，而是集成在主板上。在只能夠和系統(tǒng)總線頻率同步的L3緩 存同主內(nèi)存其實(shí)差不了多少。后來(lái)使用L3緩存的是英特爾為服務(wù)器市場(chǎng)所推出的Itanium處 理器。接著就是P4EE和至強(qiáng)MPO Intel還打算推出一款9MB L3緩存的Itanium2處理器，和 以后24MB L3緩存的雙核心Itanium2處理器。但基本上L3緩存對(duì)處理器的性能提高顯得不是很重要，比方配備1MB L3緩存的Xeon MP處理器卻仍然不是Opteron的對(duì)手，由此可見(jiàn)前端總線的增加，要比緩存增加帶來(lái)更有 效的性能提升。編輯本段二級(jí)

7、緩存威力有多大二級(jí)緩存大小影響電腦性能和價(jià)格 二級(jí)緩存價(jià)格首先來(lái)算一筆小賬（2009年02月），關(guān)于Intel處理器的二級(jí)緩存：二級(jí)緩存512K的賽揚(yáng)雙核E1200只要270元，二級(jí)緩存1M的奔騰雙核E2140售價(jià)為 370元，需要花費(fèi)100元來(lái)購(gòu)買(mǎi)這額外的512K緩存；二級(jí)緩存2M的酷睿2 E4300或者奔騰 雙核E5200的售價(jià)在550元以上，這就意味著得再出200元來(lái)購(gòu)買(mǎi)這額外的1M二級(jí)緩存； 二級(jí)緩存3M的酷睿2 E7200售價(jià)750元，又得掏出200元來(lái)購(gòu)買(mǎi)這額外的1M二級(jí)緩存； 二級(jí)緩存4M/6M的酷睿2系列處理器依次類(lèi)推.不管酷睿2、奔騰雙核還是賽揚(yáng)雙核，他們的核心架構(gòu)其實(shí)是完全

8、相同的，頻率可以隨 意更改，唯一不同的就是二級(jí)緩存?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，Intel就是在賣(mài)二級(jí)緩存，200塊錢(qián) 1MO事實(shí)上歷年來(lái)Intel都是通過(guò)二級(jí)緩存的大小來(lái)劃分產(chǎn)品線，初期只有奔騰和賽揚(yáng)兩種 規(guī)格，到了酷睿2時(shí)代Intel達(dá)到了登峰造極的境界:僅僅是雙核產(chǎn)品就擁有512K、1M、2M、 3M、4M、6M多達(dá)六個(gè)版本，四核產(chǎn)品也有4M、6M、8M、12M四個(gè)版本，令人眼花繚亂！ Intel細(xì)分產(chǎn)品線的策略在每個(gè)價(jià)位都提供了優(yōu)秀的產(chǎn)品，但也給廣大用戶(hù)制造了前所未有 的困惑：到底多大二級(jí)緩存才夠用？ 二級(jí)緩存發(fā)展縱觀英特爾處理器的發(fā)展，且不論核心架構(gòu)如何改變，以級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的二級(jí)緩存是最直觀 的。

9、奔騰4時(shí)代0.18微米工藝的Willamette擁有256K二級(jí)緩存，0.13微米的Northwood 核心擁有512K，后期0.09微米的Prescott 一度增大到1M。到了酷睿時(shí)代，在架構(gòu)發(fā)生了翻 天覆地的變化的同時(shí)，65納米工藝讓二級(jí)緩存再次翻倍，即便是剛推出時(shí)低端酷睿的代表 Allendale核心，二級(jí)緩存也達(dá)到了 2M，高端酷睿更是擁有4M的二級(jí)緩存。進(jìn)入45nm工 藝后，二級(jí)緩存的容量進(jìn)一步加大，高端E8X00系列二級(jí)緩存達(dá)到了驚人的6M，低端E7X00 也達(dá)到了 3M之多，至此Intel從512K到6M甚至12M實(shí)現(xiàn)了二級(jí)緩存的無(wú)縫銜接。1市場(chǎng)中沒(méi)有永遠(yuǎn)的落后者，當(dāng)AMD進(jìn)入4

10、5nm時(shí)代，Phenom II的到來(lái)，AMD也能通 過(guò)核心數(shù)量和緩存的搭配，設(shè)計(jì)出定位不同市場(chǎng)的CPUo 編輯本段三級(jí)緩存的性能影響而三級(jí)緩存對(duì)性能影響時(shí)高時(shí)低。在游戲方面，提升三級(jí)緩存的容量對(duì)游戲的性能影響 很大，雖然對(duì)一般家用機(jī)沒(méi)有什么用，但是如果是網(wǎng)吧機(jī)或者是發(fā)燒機(jī)提升三級(jí)緩存的容量 還是會(huì)有顯著的性能提升的。雖然三級(jí)緩存也能為PC帶來(lái)顯著的性能提升，但畢竟三級(jí)緩 存是作用于服務(wù)器的，對(duì)PC來(lái)說(shuō)，三級(jí)緩存還是只能做個(gè)輔助作用，在其他參數(shù)相同的情 況下，三級(jí)緩存容量越大，則性能更好，如果其他參數(shù)不相同的話，這時(shí)三級(jí)緩存的作用就 不明顯了。不管三級(jí)緩存的作用大不大，它也是為電腦發(fā)展作出貢獻(xiàn)的

11、參數(shù)之一。編輯本段三級(jí)緩存的歷程縱觀AMD Phenom處理器的發(fā)展，核心架構(gòu)的改進(jìn)相對(duì)有限，而三級(jí)緩存的變化是最 直觀的。從早從硬件系統(tǒng)配置看三級(jí)緩存期Phenom的2MB三級(jí)緩存，猛增至Phenom II的6MB三級(jí)緩存，而為了市場(chǎng)的需要，又 推出了采用Phenom II架構(gòu)但沒(méi)有三級(jí)緩存的Athlon X4。而AMD處理器獨(dú)有的雙核、三核、 四核架構(gòu)，加上緩存的不同搭配，一時(shí)間，AMD處理器呈現(xiàn)出門(mén)丁興旺的景象。對(duì)于AMD的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，多是追求性?xún)r(jià)比的用戶(hù)，而AMD處理器這樣的現(xiàn)象，對(duì)用戶(hù) 即是好事也是壞事，好是用戶(hù)的選擇更多了，壞的是用戶(hù)對(duì)CPU的選擇無(wú)所適從。而細(xì)細(xì) 觀察，AMD處理器

12、百龍爭(zhēng)寵的現(xiàn)象，無(wú)外乎是核心與緩存搭配的結(jié)果。那么，究竟核心數(shù) 量還是緩存大小對(duì)性能影響大，用戶(hù)花高價(jià)格買(mǎi)四核值不值？緩存和核心的平衡點(diǎn)在哪里？與65nm Phenom相比，新一代45nm Phenom II最大的變化就是升級(jí)到了 45nm SOI沉 浸式光刻生產(chǎn)工藝，好處就是主頻更高、功耗更低、集成度更高，特別是三級(jí)緩存從2MB 猛增到了 6MB！三級(jí)緩存翻了三倍，自然需要付出一定的代價(jià)，通過(guò)Phenom和Phenom II芯片示意圖 的對(duì)比，就能略知一二了：Brcelona/Agena集成了 4.68億個(gè)晶體管，核心（Die）面積大約285平方毫米， Shanghai/Deneb的晶體管增

13、加了 62%，多達(dá)7.58億個(gè)，但核心面積卻減小了 9.5%，只有 258平方毫米，新工藝的好處可見(jiàn)一斑。晶體管數(shù)量增加如此之多主要就是因?yàn)槿?jí)緩存的大幅擴(kuò)容，這部分在整個(gè)核心里的面 積比例也從大約六分之一提高到了足有三分之一。編輯本段AMD關(guān)于三級(jí)緩存的態(tài)度第一，三級(jí)緩存容量在服務(wù)器領(lǐng)域的作用更明顯，不過(guò)如果服務(wù)器和桌面處理器采用不 同的架構(gòu)，必然會(huì)提高生產(chǎn)難度和成本，故而帶到了桌面上；第二，在桌面上，三級(jí)緩存從2MB增加到6MB可以帶來(lái)大約5%的性能提升，實(shí)際測(cè) 試也證明了這一點(diǎn)；第三，從前邊的數(shù)據(jù)看出，三級(jí)緩存增加了兩倍，但得益于生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，核心面積 反而更小了，成本也更低。熟悉In

14、tel Nehalem Core i7 （酷睿i7）處理器的人一定想到了，Intel也使用了同樣的大 容量共享三級(jí)緩存設(shè)計(jì)，且容量多達(dá)8MB，也占據(jù)了整個(gè)核心面積的三分之一左右，不同 之處在于Core i7每核心一級(jí)緩存和二級(jí)緩存只有64KB和256KB，都比Phenom/Phenom II 少一半。有趣的是，同樣基于45nm工藝的Core i7集成了 7.31億個(gè)晶體管，比Phenom II略少， 但核心面積卻稍大一些，為263平方毫米。從成本的角度來(lái)算一筆帳，通過(guò)Phenom II X4的芯片結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，三級(jí)緩存所 占芯片面積比兩顆核心以及L1L2加起來(lái)還要多，如此一來(lái)即便是屏蔽了

15、一顆核心的PhenomII X3,其成本也并不低，這對(duì)于主打性?xún)r(jià)比路線的AMD來(lái)說(shuō)，利潤(rùn)損失會(huì)比較大。于是，AMD在發(fā)布Phenom II X4、X3處理器之后，也在積極準(zhǔn)備定位主流中低端的產(chǎn) 品，用以取代征戰(zhàn)多年的Athlon 64 X2系列。由于L3成本較高，因此AMD把Phenom II X4 的三級(jí)緩存徹底刪去（注意不是屏蔽），Athlon X4會(huì)很快與大家見(jiàn)面。如此一來(lái)，人們就可以通過(guò)對(duì)比評(píng)測(cè)，輕松了解到AMD的Phenom II架構(gòu)處理器中， 6M L3對(duì)性能的貢獻(xiàn)有多大，也能提前了解擁有完整L3但卻少一顆核心的Phenom II X3強(qiáng) 呢，還是沒(méi)有L3的但卻有四顆核心的Athl

16、on X4強(qiáng)？相信很多朋友都會(huì)挺感興趣的。AMD已上市的Phenom II 920（6M L3）和Phenom 9850（2M L3），還有一顆神秘的沒(méi)有 L3的Athlon X4工程樣品，讓他們都工作在200*14=2.8GHz頻率下，這樣就能直觀的對(duì)比 6M/2M/0M三級(jí)緩存所造成的性能差異。另外還加入了剛剛發(fā)布的Phenom II X3 720處理器，它擁有完整的6M三級(jí)緩存，但少 一顆核心，這樣可以反映出多一顆核心的貢獻(xiàn)大還是6M L3的貢獻(xiàn)更大？測(cè)試結(jié)果表明，從 CPU架構(gòu)上看，緩存對(duì)性能的影響很大，但Athlon X4的表現(xiàn)，尤其是在大量運(yùn)算過(guò)程中， 力壓上代擁有完整3級(jí)緩存的9

17、850，內(nèi)存帶寬的優(yōu)勢(shì)不言而喻。2 編輯本段Intel（16MB三級(jí)緩存）6核處理器首先推向市場(chǎng)的是高端桌面PC處理器品牌酷睿i7和針對(duì)高能效服務(wù)器市場(chǎng)的Nehalem-EP，預(yù)計(jì)2009年第四季度即可上市。隨后，新架構(gòu)產(chǎn)品會(huì)陸續(xù)推出，包括針對(duì)可 擴(kuò)展服務(wù)器市場(chǎng)的Nehalem-EX，桌面市場(chǎng)的Havendale和Lynnfield，移動(dòng)市場(chǎng)的Auburndale 和Clarksfield，預(yù)計(jì)都在2009年下半年登場(chǎng)。下一代Core微架構(gòu)（Nehalem）處理器均從4核起跳，但同時(shí)采用了 Hyper-Threading 技術(shù)，可同時(shí)處理8個(gè)線程。Core i7支持Turbo Mode和Pow

18、er Gates技術(shù)，在不需要多線 程運(yùn)算時(shí)，可令閑置核心完全關(guān)閉。各個(gè)核心可以工作在不同的電壓/頻率下，單獨(dú)提高某 一核心頻率的Turbo Mode模式可顯著提升單線程應(yīng)用性能。Intel還同時(shí)發(fā)布了首款6核心處理器，針對(duì)多路服務(wù)器市場(chǎng)的DunningtonXeon X7460， 內(nèi)建16MB L3緩存，在2008年9月上市，是Intel在轉(zhuǎn)向Nehalem微架構(gòu)之前的最后一顆 45nm酷睿2微架構(gòu)處理器。采用該處理器的服務(wù)器機(jī)型已經(jīng)打破了多項(xiàng)世界紀(jì)錄，包括8 路48核的IBM System x3950 M2服務(wù)器在TPC Benchmark C數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)試中首次突破100萬(wàn) tpmC，4 路系統(tǒng)惠普 Proliant DL580 G5 打破 TPC-C 紀(jì)錄，戴爾 PowerEdge R900 打破 TPC-E 紀(jì) 錄，Sun Fire X4450 打破 SPECjbb 2005 紀(jì)錄，富士通西門(mén)子 PRIMERGY RX600 S4 打破 SPECint_rate2006紀(jì)錄。3 編輯本段無(wú)三級(jí)緩存版AMD 45nm處理器在工藝進(jìn)步、技術(shù)完善后，AMD的45nm新桌面處理器將擁有齊全的五個(gè)子系列，其 中擁有三級(jí)緩存的屬于Phenom II品牌，精簡(jiǎn)掉三級(jí)緩存的則仍沿用Athlon品牌（不知道為 何不是Athlon