現(xiàn)在，CPU上不僅有了一、二級(jí)緩存，一些高端產(chǎn)品更是配備了三級(jí)緩存。緩存到底有什么作用?CPU緩存為什么要分級(jí)?為什么我們已經(jīng)開始把緩存大小作為衡量CPU檔次的標(biāo)準(zhǔn)了?這些問題在下文中都將得到解答。

比內(nèi)存更高效的數(shù)據(jù)寄存器

最初的CPU是沒有集成緩存的，因此CPU處理數(shù)據(jù)時(shí)是直接從內(nèi)存中查找、訪問。而隨著CPU數(shù)據(jù)處理速度變得越來越快，大幅度高于內(nèi)存速度，加之內(nèi)存容量的增加，再讓CPU在內(nèi)存中以緩慢的速度逐個(gè)查找數(shù)據(jù)就造成了CPU資源的浪費(fèi)。于是處理器制造商們?cè)贑PU與內(nèi)存之間增加了一個(gè)新的臨時(shí)數(shù)據(jù)寄存器——緩存。緩存與內(nèi)存一樣，同樣是臨時(shí)數(shù)據(jù)寄存器，但由于緩存享受的是CPU的數(shù)據(jù)帶寬，因此它的速度要遠(yuǎn)高于內(nèi)存。部分CPU即將訪問的數(shù)據(jù)就能夠直接存放于緩存當(dāng)中，使得CPU能夠高速處理這部分?jǐn)?shù)據(jù)，效率比單純調(diào)用內(nèi)存高出不少。緩存內(nèi)存放的數(shù)據(jù)只能是一小部分，且必須不斷更新，一旦CPU在緩存當(dāng)中找不到所需數(shù)據(jù)，就會(huì)在內(nèi)存中查找，而緩存也將把這些數(shù)據(jù)調(diào)入，并將部分CPU不需要的數(shù)據(jù)清除出去。緩存加內(nèi)存的內(nèi)部存儲(chǔ)構(gòu)架不僅擁有了緩存的高速優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也擁有了內(nèi)存的容量?jī)?yōu)勢(shì)，讓CPU性能得到了充分發(fā)揮。

緩存的分級(jí)

最初的緩存只有一級(jí)緩存。一級(jí)緩存采用的都是Static RAM(靜態(tài)隨機(jī)存取記憶體)，不僅速度快，同時(shí)無需刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，不過它的缺點(diǎn)在于成本過高，同時(shí)集成度低，即便目前的制造工藝已大幅提升，廠商還是無法在CPU內(nèi)核中集成大容量的一級(jí)緩存。因此即便是目前最頂級(jí)的Core 2 QuadQ9650，一級(jí)緩存也僅有128KB。不過我們可以看到現(xiàn)在大部分處理器的二級(jí)緩存都已經(jīng)達(dá)到了2MB以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一級(jí)緩存容量。這又是怎么回事呢?

二級(jí)緩存使用的大多是DynamicRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體)，這種記憶體的成本比static RAM便宜了不少，同時(shí)集成度非常高，目前所知的Core 2 Quad Q9650的內(nèi)核已經(jīng)集成了高達(dá)12MB的二級(jí)緩存，容量達(dá)到了它一級(jí)緩存的96倍。雖然使用Dynamic RAM的二級(jí)緩存速度較之一級(jí)緩存慢了不少，但相對(duì)于內(nèi)存仍然有絕對(duì)的速度優(yōu)勢(shì)。而隨著CPU處理器數(shù)據(jù)處理能力的不斷提升，以KB計(jì)算的一級(jí)緩存容量肯定是無法滿足需求了，因此大容量的二級(jí)緩存也成為了CPU性能提升的關(guān)鍵。二級(jí)緩存同樣存儲(chǔ)的是CPU即將訪問的數(shù)據(jù)，不過它既包含了一級(jí)緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)，也有一些訪問優(yōu)先級(jí)較低的數(shù)據(jù)，這樣只有CPU在一級(jí)、二級(jí)緩存中都無法找到數(shù)據(jù)時(shí)，才會(huì)訪問內(nèi)存。當(dāng)然，CPU并不能保證100％地查找到緩存中的數(shù)據(jù)，但目前主流CPU的讀取命中率都在90％以上，因此如果一級(jí)緩存中的有10％沒有被讀取，那么剩下的數(shù)據(jù)則會(huì)在二級(jí)緩存中查找，上下的10％再乘以90％的命中率，那么剩下需要從三級(jí)緩存或者是內(nèi)存中查找的數(shù)據(jù)就只剩下1％了。所以緩存的分級(jí)也能有效提升CPU的數(shù)據(jù)命中率。

在進(jìn)入一個(gè)大型3D游戲時(shí)，游戲的運(yùn)行數(shù)據(jù)開始將被調(diào)入內(nèi)存，接著由內(nèi)存提供給二級(jí)緩存再到一級(jí)緩存，而CPU的數(shù)據(jù)訪問則是由上而下的，緩存的分級(jí)實(shí)際上就是讓數(shù)據(jù)查找訪問過程盡可能少地在執(zhí)行效率低的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器上進(jìn)行，以提升數(shù)據(jù)處理效率，當(dāng)然我們也可以相應(yīng)地將內(nèi)存看作是一個(gè)容量以GB計(jì)而速度極慢的n級(jí)緩存。

衡量CPU檔次的標(biāo)桿

正是因?yàn)榫彺嬖跀?shù)據(jù)處理上帶來的高效率才使它的地位愈發(fā)重要，繼而成為衡量CPU檔次的重要標(biāo)準(zhǔn)。在CPU制造過程中，實(shí)際上同一塊晶元不僅能切割出不同頻率的處理器產(chǎn)品，同時(shí)由于芯片瑕疵問題，廠商們不得不將質(zhì)量不夠高的產(chǎn)品的緩存屏蔽掉，作為低檔次產(chǎn)品銷售。這就使得被屏蔽掉緩存的CPU成了賽揚(yáng)，而不用被屏蔽緩存的CPU變成了檔次更高的奔騰或者酷睿。