一级、二级、三级缓存机制
三级存储器体系的原理
三级存储器体系的原理三级存储器体系是计算机存储层次结构中的一部分，它由三个层次的存储设备组成，分别是一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）和主存储器（Main Memory）。
三级存储器体系的原理是通过层次化存储结构来提高存储系统的访问效率和数据传输速度。
每个层次的存储设备根据存取速度和容量来划分，越靠近处理器的存储设备速度越快但容量较小，离处理器越远的存储设备速度越慢但容量较大。
一级缓存（L1 Cache）是与处理器核心直接相连的存储设备，一般位于CPU内部或核心附近。
L1缓存的容量较小，通常在几十KB到几百KB之间，但其速度非常快，可以与处理器核心进行数据交换。
L1缓存主要用于存放处理器频繁访问的指令和数据，以减少处理器访问主存储器的时间和次数。
二级缓存（L2 Cache）相对于一级缓存容量更大，一般为几个MB到几十个MB之间。
L2缓存的访问速度较L1缓存慢，但比主存储器快，常采用较低速度的SRAM（静态随机存取存储器）作为存储介质。
L2缓存负责存放一级缓存访问不频繁的数据，以减少对主存储器的访问。
当一级缓存不能满足处理器的访问需求时，处理器将从二级缓存中获取数据。
主存储器（Main Memory）是计算机中最大容量的存储设备，数据存储在其中需要经过地址请求和数据传输的过程。
主存储器的容量通常在几十GB到几TB之间，但其访问速度相对较慢。
主存储器通常采用较便宜的DRAM（动态随机存取存储器）作为存储介质。
当一级缓存和二级缓存都无法命中时，处理器将从主存储器中获取数据。
主存储器与处理器之间的传输速度相对较慢，需要通过总线进行数据传输。
三级存储器体系的原理在于利用了不同层次存储设备的特性，将数据存放在最接近处理器的缓存中，以减少对主存储器的访问。
处理器在执行指令时，首先会查找一级缓存，如果数据在一级缓存中命中，则直接取出，无需访问主存储器；如果没有命中，则查找二级缓存；如果还是没有命中，则从主存储器中获取数据。
一级缓存、二级缓存、三级缓存区别是什么 详解它们的区分方法
一级缓存、二级缓存、三级缓存区别是什么详解它们的区分方法大家都知道CPU缓存很重要，但对于缓存的具体细分却知之甚少，本文只要是关于CPU缓存的介绍，并着重描述了一级缓存、二级缓存、三级缓存区别方法。
CPU缓存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。
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。
CPU缓存的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。
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。
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。
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，部分高端CPU还具有三级缓存，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。
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。
一级缓存，二级缓存，三级缓存的区别
⼀级缓存，⼆级缓存，三级缓存的区别
电脑缓存的⼯作原理：
当cpu进⾏读取缓存数据的时候，先在缓存中的数据进⾏查找，读取之后再输⼊到电脑cpu⾥⾯进⾏处理。
如果没有对⽤的缓存⽂件给cpu处理，电脑就会从内存中查找数据进⾏处理并返回给cpu进⾏处理。
这⼀段时间会相⽐找到缓存⽂件要慢的多。
cpu处理完数据后，就会把处理完的数据模块进⾏保存，这个就是缓存⽂件。
这样等以后再进⾏读取这个⽂件就会快的多，并且就不会重复读取内存中的数据了
电脑的缓存⽂件分为三级：
⼀级缓存：基本上都是内置在cpu的内部和cpu⼀个速度进⾏运⾏，能有效的提⾼cpu的⼯作效率。
⼀级缓存越多，cpu的⼯作效率越⾼，是cpu的内部结构限制了⼀级缓存的容量⼤⼩，⼀级缓存的容量都很⼩
⼆级缓存：主要作⽤是为了协调⼀级缓存与内存之间的⼯作效率。
cpu⾸先⽤的是⼀级缓存，当cpu的速度慢慢提升之后，⼀级缓存就不够cpu的使⽤了，这就需要⽤到⼆级缓存。
当然⼆级缓存会⽐⼀级缓存的效率低很多。
⼀级缓存和⼆级缓存主要是为cpu处理数据的时候临时进⾏数据交换的时候使⽤的
三级缓存：在读取⼆级缓存不够⽤的时候⽽设计的⼀种缓存⼿段
在有三级缓存的cpu中，只有⼤约百分之五的数据需要在内存中调取使⽤。
这能⼤⼤提⾼cpu的⼯作效率，从⽽保证cpu能够⾼速⼯作
⽬前主流市场上cpu有两种型号，amd和intel。
adm型号的cpu，只有⼀级缓存和⼆级缓存，没有三级缓存
intel型号的cpu，只有⼆级缓存和三级缓存，没有⼀级缓存。
计算机三级存储体系
三级缓存是为读取二级缓存后未命中旳数据设 计旳—种缓存，在拥有三级缓存旳CPU中，只有约5% 旳数据需要从内存中调用，这进一步提升了CPU旳效 率。其运作原理在于使用较迅速旳储存装置保存一 份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝，当有 需要再从较慢旳储存体中读写数据时，缓存(cache) 能够使得读写旳动作先在迅速旳装置上完毕，如此 会使系统旳响应较为迅速。
四小组第二次讨论报告
计算机三级存储体系
first
Introduction:
一级缓存都内置在CPU内部并与CPU同 速运营，能够有效旳提升CPU旳运营效率。 一级缓存越大，CPU旳运营效率越高，但 受到CPU内部构造旳限制，2 CACHE)出现是为了协调一级
缓存与内存之间旳速度。二级缓存比一级缓存 速度更慢，容量更大，主要就是做一级缓存和 内存之间数据临时互换旳地方用。实际上，目 前Intel和AMD处理器在一级缓存旳逻辑构造设 计上有所不同，所以二级缓存对CPU性能旳影 响也不尽相同。
丢失”旳特征。
QUESTION:
计算机为何要使用三级存储体 系?
second
计算机旳三级存储系统处理 存储器速度、容量、价格三者之 间旳矛盾，而且提升了CPU访存速 度，改善了系统旳总体性能。
谢谢观看！
• 高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处 理器旳速度匹配问题；辅助存储器用来扩大 存储空间。
CPU、处理器、内存、外 存、寄存器、缓存旳区别
1、CPU：Central Process Unit中央处理器单元，即CPU属于处理器。 2、CPU中有寄存器，所以寄存器“外旳存速”度。最快！内存、外存统称为CPU旳 3、高速们缓之存间是速存度储不在匹C配P旳U中矛旳盾，，它使是得介内于存C访P问U与CP内U存旳知时己候旳较，快以。缓解它 4、缓存是指在以内缓存解中C划P分U与出外一设块处区理域速用度于不存匹储配常旳使问用题旳。输入输出数据， （ 内5存内、具存CP有、U“外与掉存（电）内信是存息指、全对外部存存消储）失器是”旳不旳划同特分旳征，概，内念而存，外旳C存速PU则度是具较一有外种“存独掉旳立电速旳信度概息快念也，，不而而会且
cpu缓存工作原理
cpu缓存工作原理CPU缓存工作原理引言：CPU缓存是计算机系统中的关键组件之一，它起到了提高数据访问速度和减少内存访问时间的重要作用。
本文将介绍CPU缓存的工作原理，包括缓存的层次结构、缓存命中和缓存未命中的处理方式，以及常见的缓存优化技术。
一、缓存层次结构CPU缓存通常分为多级缓存，包括一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）和三级缓存（L3 Cache）。
这些缓存层次结构的目的是根据访问频率和容量需求来优化数据的存储和访问。
1. 一级缓存（L1 Cache）：一级缓存是与CPU核心紧密集成的缓存，容量较小但速度非常快，通常分为指令缓存（Instruction Cache）和数据缓存（Data Cache）两部分。
指令缓存用于存储CPU执行的指令，数据缓存用于存储CPU需要处理的数据。
2. 二级缓存（L2 Cache）：二级缓存位于一级缓存和内存之间，容量较大但速度较慢。
它的作用是扩大缓存的容量，提高数据的访问速度。
二级缓存通常由多个缓存组成，每个缓存可以独立操作，提高了并发性能。
3. 三级缓存（L3 Cache）：三级缓存位于二级缓存和内存之间，容量更大但速度更慢。
它的作用是进一步增加缓存的容量，减少对内存的访问次数，提高整体性能。
二、缓存命中和缓存未命中当CPU需要访问数据时，它首先会检查一级缓存。
如果所需数据在一级缓存中找到，称为缓存命中（Cache Hit），CPU可以立即访问数据，提高了访问速度。
如果所需数据不在一级缓存中，称为缓存未命中（Cache Miss），CPU需要继续检查更高级别的缓存或者内存。
缓存命中率是衡量缓存性能的重要指标，它表示在所有访问中有多少次是缓存命中的。
高缓存命中率意味着CPU能够更频繁地从缓存中获取数据，提高了整体性能。
三、缓存未命中的处理方式当发生缓存未命中时，CPU需要从更高级别的缓存或者内存中获取数据。
这个过程通常称为缓存填充（Cache Fill）。
一级二级三级缓存的区分作用
一级二级三级缓存的区分作用在我们日常生活中，缓存这个词儿可真不陌生，就像你手机里的照片、视频一样，缓存帮助我们快速获取信息，省去不必要的等待。
这就像当你急着看一部电视剧时，缓存就像你的好朋友，默默在后面给你铺路，简直太贴心了。
今天咱们就来聊聊一级、二级、三级缓存，这三个小家伙有什么不同和作用。
想象一下，你在外面吃火锅，菜品的准备也可以和缓存类比，分成三个阶段，听着是不是就有趣多了？首先说说一级缓存，也叫做L1缓存。
它就像你家里冰箱的冷藏室，平时放些常吃的东西，随时可以拿来吃。
一级缓存通常就装在CPU里，速度超级快，存取数据的时间几乎是瞬间的。
想想你在厨房翻找食材，想吃什么就能立刻拿到。
一级缓存的容量不大，通常只有几KB，但它的反应速度那叫一个快，CPU想要的数据基本上都是在这里找的。
这样一来，程序运行起来就像喝水一样轻松。
嘿，谁不喜欢快呢？接下来是二级缓存，L2缓存。
这个家伙就有点像你家里的储藏室，虽然空间大了一些，里面存的东西也比冷藏室丰富。
二级缓存通常不在CPU里，而是稍微远一点的地方，可能就在主板上。
虽然它的速度比一级缓存慢一些，但依然比起从内存直接获取数据要快得多。
想想你在储藏室里找东西，不一定能像厨房那样立刻拿到，但也比跑到超市买新鲜食材快得多。
二级缓存的容量一般能达到几百KB到几MB，能存放更多的数据，缓解了一级缓存的压力，保证了CPU的效率。
这时候，程序就像有了备用电源，时刻保持着活力，真是个好帮手！最后聊聊三级缓存，L3缓存。
这个大家伙就像你家楼下的仓库，空间非常大，能存放的东西简直是应有尽有。
不过，速度呢，相比于一级和二级缓存就慢了一点。
L3缓存通常是共享的，多个CPU核心可以一起用。
就像你和邻居一起分享仓库里的大米和面粉，大家都有需求的时候就能轻松取用。
三级缓存的容量通常能达到几MB到几十MB，完全可以满足大多数程序的需求。
即便访问速度不如前两个缓存，使用得当也能让整个系统的性能如虎添翼。
计算机组成原理中的存储器层次结构
计算机组成原理中的存储器层次结构在计算机科学领域中，存储器层次结构是指计算机系统中不同级别的存储器组成的层次结构。
这种层次结构的设计旨在提供快速的访问速度和大容量的存储能力。
存储器层次结构的核心原理包括高速缓存、主存储器和辅助存储器。
本文将探讨计算机组成原理中的存储器层次结构。
1. 高速缓存高速缓存是存储器层次结构中最接近中央处理器（CPU）的一级存储器。
其目的是通过存储最近使用的数据，提高CPU的访问速度。
高速缓存分为多级，包括一级缓存（L1）、二级缓存（L2）、三级缓存（L3）等。
一级缓存是与CPU核心直接相连的，访问速度最快，但容量较小；二级缓存容量稍大，速度较慢；三级缓存则更大但速度更慢。
高速缓存通过缓存命中和缓存未命中的机制，提高了计算机系统的整体性能。
2. 主存储器主存储器是存储器层次结构中的第二级存储器，也称为内存。
它用于存储正在执行的程序和数据。
主存储器容量较大，速度较高，但相对于高速缓存而言，仍然相对较慢。
主存储器以字节为单位进行寻址，每个字节都有唯一的地址。
CPU通过访问主存储器中的地址来读取或写入数据。
3. 辅助存储器辅助存储器是存储器层次结构中的最低一级存储器，也称为外存。
它用于长期存储数据和程序，如硬盘、固态硬盘和光盘等。
辅助存储器容量大，但访问速度较慢。
与主存储器相比，辅助存储器的数据传输速度更慢，但相对较便宜且容量更大。
存储器层次结构的设计原则是利用高速缓存和主存储器的快速访问速度，将经常访问的数据存储在这些层次的存储器中，以提高系统性能。
当CPU需要数据时，它会首先检查高速缓存，如果数据在高速缓存中，则为缓存命中；否则为缓存未命中，CPU将从主存储器中获取数据。
通过存储器层次结构，计算机系统可以有效地利用不同类型的存储器，平衡访问速度和存储容量的需求。
高速缓存提供了快速的访问速度，主存储器提供了大容量的存储能力，而辅助存储器则提供了长期存储的功能。
这样的层次结构设计有助于提高计算机系统的整体性能和效率。
二级缓存是什么意思 为什么要分一二三级缓存
二级缓存是什么意思为什么要分一二三级缓存我们知道，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。
你知道CPU缓存是什么意思吗？什么是二极缓存？一二三级缓存又分别是什么，本文主要是关于二极缓存的介绍，以及一二三级缓存的区分。
二极缓存CPU缓存（Cache Memory）位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但交换速度快。
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，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。
最初缓存只有一级，二级缓存（L2 CACHE）出现是为了协调一级缓存与内存之间的速度。
二级缓存比一级缓存速度更慢，容量更大，主要就是做一级缓存和内存之间数据临时交换的地方用。
实际上，现在Intel和AMD处理器在一级缓存的逻辑结构设计上有所不同，所以二级缓存对CPU性能的影响也不尽相同。
缓存的工作原理是当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，如果找到就立即读取并送给CPU处理；如果没有找到，就用相对慢的速度从内存中读取并送给CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。
正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率非常高（大多数CPU可达90%左右），也就是说CPU下一次要读取的数据90%都在缓存中，只有大约10%需要从内存读取。
这大大节省了CPU直接读取内存的时间，也使CPU读取数据时基本无需等待。
总的来说，CPU 读取数据的顺序是先缓存后内存。
最早先的CPU缓存是个整体的，而且容量很低，英特尔公司从Pentium时代开始把缓存进行了分类。
当时集成在CPU内核中的缓存已不足以满足CPU的需求，而制造工艺上的限制又不能大幅度提高缓存的容量。
因此出现了集成在与CPU同一块电路板上或主板上的缓存，此时就把CPU内核集成的缓存称为一级缓存，而外部的称为二级缓存。
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首先我们来简单了解一下一级缓存。
目前所有主流处理器大都具有一级缓存和
二级缓存，少数高端处理器还集成了三级缓存。
其中，一级缓存可分为一级指
令缓存和一级数据缓存。
一级指令缓存用于暂时存储并向CPU递送各类运算指令；一级数据缓存用于暂时存储并向CPU递送运算所需数据，这就是一级缓存的作用（如果大家对上述文字理解困难的话，可参照下图所示）。
那么，二级缓存的作用又是什么呢？简单地说，二级缓存就是一级缓存的缓冲器：一级缓存制造成本很高因此它的容量有限，二级缓存的作用就是存储那些CPU处理时需要用到、一级缓存又无法存储的数据。
同样道理，三级缓存和内存可以看作是二级缓存的缓冲器，它们的容量递增，但单位制造成本却递减。
需要注意的是，无论是二级缓存、三级缓存还是内存都不能存储处理器操作的
原始指令，这些指令只能存储在CPU的一级指令缓存中，而余下的二级缓存、三级缓存和内存仅用于存储CPU所需数据。
根据工作原理的不同，目前主流处理器所采用的一级数据缓存又可以分为实数
据读写缓存和数据代码指令追踪缓存2种，它们分别被AMD和Intel所采用。
不同的一级数据缓存设计对于二级缓存容量的需求也各不相同，下面让我们简
单了解一下这两种一级数据缓存设计的不同之处。
一、AMD一级数据缓存设计
AMD采用的一级缓存设计属于传统的“实数据读写缓存”设计。
基于该架构
的一级数据缓存主要用于存储CPU最先读取的数据；而更多的读取数据则分别存储在二级缓存和系统内存当中。
做个简单的假设，假如处理器需要读取“AMD ATHLON64 3000+ IS GOOD”这一串数据（不记空格），那么首先要被读取的“AMDATHL”将被存储在一级数据缓存中，而余下的
“ON643000+ISGOOD”则被分别存储在二级缓存和系统内存当中（如下图
所示）。
需要注意的是，以上假设只是对AMD处理器一级数据缓存的一个抽象描述，
一级数据缓存和二级缓存所能存储的数据长度完全由缓存容量的大小决定，而
绝非以上假设中的几个字节。
“实数据读写缓存”的优点是数据读取直接快速，
但这也需要一级数据缓存具有一定的容量，增加了处理器的制造难度（一级数据缓存的单位制造成本较二级缓存高）。
二、Intel一级数据缓存设计
自P4时代开始，Intel开始采用全新的“数据代码指令追踪缓存”设计。
基于这种架构的一级数据缓存不再存储实际的数据，而是存储这些数据在二级缓存中的指令代码（即数据在二级缓存中存储的起始地址）。
假设处理器需要读取“INTEL P4 IS GOOD”这一串数据（不记空格），那么所有数据将被存储在二级缓存中，而一级数据代码指令追踪缓存需要存储的仅仅是上述数据的起始地址（如下图所示）。
由于一级数据缓存不再存储实际数据，因此“数据代码指令追踪缓存”设计能够极大地降CPU对一级数据缓存容量的要求，降低处理器的生产难度。
但这种设计的弊端在于数据读取效率较“实数据读写缓存设计”低，而且对二级缓存容量的依赖性非常大。
在了解了一级缓存、二级缓存的大致作用及其分类以后，下面我们来回答以下硬件一菜鸟网友提出的问题。
从理论上讲，二级缓存越大处理器的性能越好，但这并不是说二级缓存容量加倍就能够处理器带来成倍的性能增长。
目前CPU处理的绝大部分数据的大小都在0-256KB之间，小部分数据的大小在256KB-512KB之间，只有极少数数据的大小超过512KB。
所以只要处理器可用的一级、二级缓存容量达到256KB 以上，那就能够应付正常的应用；512KB容量的二级缓存已经足够满足绝大多数应用的需求。
这其中，对于采用“实数据读写缓存”设计的AMD Athlon64、Sempron处理器而言，由于它们已经具备了64KB一级指令缓存和64KB一级数据缓存，只要处理器的二级缓存容量大于等于128KB就能够存储足够的数据和指令，因此它们对二级缓存的依赖性并不大。
这就是为什么主频同为1.8GHz的Socket 754 Sempron 3000+（128KB二级缓存）、Sempron 3100+（256KB二级缓存）以及Athlon 64 2800+（512KB二级缓存）在大多数评测中性能非常接近的主要原因。
所以对于普通用户而言754 Sempron 2600+是值得考虑的。
反观Intel目前主推的P4、赛扬系列处理器，它们都采用了“数据代码指令追
踪缓存”架构，其中Prescott内核的一级缓存中只包含了12KB一级指令缓存和16KB一级数据缓存，而Northwood内核更是只有12KB一级指令缓存和
8KB一级数据缓存。
所以P4、赛扬系列处理器对二级缓存的依赖性是非常大的，赛扬D 320（256KB二级缓存）与赛扬 2.4GHz（128KB二级缓存）性能上的巨大差距就很好地证明了这一点；而赛扬D和P4 E处理器之间的性能差距同
样十分明显。