什麼劃分指令緩存和數據緩存

A. CPU的一些參數（如一級緩存、二級緩存）有何作用

分類: 無分類
解析:

一級緩存：

高速緩存分為一級緩存（即L1 Cache）和二級緩存（即L2Cache）。CPU在運行時首先從一級緩存讀取數據，然後從二級緩存讀取數據，然後從內存和虛擬內存讀取數據，因此高速緩存的容量和速度直接影響到CPU的工作性能。 一級緩存都內置在CPU內部並與CPU同速運行，可以有效的提高CPU的運行效率。一級緩存越大，CPU的運行效率越高，但受到CPU內部結構的限制，一級緩存的容量都很小。 二級緩存對CPU運行效率的影響也很大，現在的二級緩存一般都集成在中，但有分為晶元內部和外部兩種，集成在晶元內部的二級緩存與CPU同頻率二級緩存（即全速二級緩存），而集成在晶元外部的二級緩存的運行頻率 是CPU的運行頻率的一半（即半速二級緩存），因此運行效率較低。 但是一級緩存和二級緩存的大，它究竟有多少好處呢？你得告訴我們經銷商，實際上你得用最普通的話跟他講。所以我們給他們打個比方，說這個就好比你開汽車的時候，後備箱是整個的一級緩存，假如說扶手裡面有一個小箱子，那是你的二級緩存。二級緩存大好在哪裡呢？就是你隨時開車的時候，隨時在裡面都可以取東西了。假如你二級緩存小的話，你還得把車停下來，到後備箱里取東西。

首先我們來簡單了解一下一級緩存。目前所有主流處理器大都具有一級緩存和二級緩存，少數高端處理器還集成了三級緩存。其中，一級緩存可分為一級指令緩存和一級數據緩存。一級指令緩存用於暫時存儲並向CPU遞送各類運算指令；一級數據緩存用於暫時存儲並向CPU遞送運算所需數據，這就是一級緩存的作用（如果大家對上述文字理解困難的話，可參照下圖所示）。

那麼，二級緩存的作用又是什麼呢？簡單地說，二級緩存就是一級緩存的緩沖器：一級緩存製造成本很高因此它的容量有限，二級緩存的作閉讓用就是存儲那些CPU處理時需要用到、一級緩存又無法存儲的數據。同樣道理，三級緩存和內存可以看作是二級緩存的緩沖器，它們的容量遞增，但單位製造成本卻遞減。需要注意的是，無論是二級緩存、三級緩存還是內存都不能存儲處理器操作的原始指令，這些指令只能存儲在CPU的一級指令緩存中，而餘下的二級緩存、三級緩存和內存僅用於存儲CPU所需數據。

根據工作原理的不同，目前主流處理器所採用的一級數據緩存又可以分為實數據讀寫緩存和數據代碼指令追蹤緩存2種，它們分別被AMD和Intel所採用。不同的戚者一級數據緩存設計對於二級緩存容量的需求也各不相同，下面讓我們簡單了解一下這兩種一級數據緩存設計的不同之處。

一、AMD一級數據緩存設計

AMD採用的一級緩存設計屬於傳統的「實數據讀寫緩存」設計。基於該架構的一級數據緩存主要用於存儲CPU最先讀取的數據；而更多的讀取數據則分別存儲在二級緩存和系統內存當中。做個簡單的假設，假如處理器需要讀取「AMD ATHLON 64 3000+ IS GOOD」這一串數據（不記空格），那麼首先要被讀取的「AMDATHL」將被存儲在一級數據緩存中，而餘下的「ON643000+ISGOOD」則被分別存儲在二級緩存和系統內存當中（如下圖所示）。

需要注意的是，以上假設只是對AMD處理器一級數據緩存的一個抽象描述，一級數據緩存和二級緩存所能存儲的數據長度完全由緩存容量的大小決定，而絕非以上假設中的幾個位元組。「實數據讀寫緩存」的優點是數據讀取直接快速，但這也需要一級數據緩存具有一定的容量，增加了處理器的製造難度（一級數據緩存的單位製造成本較二級緩存高）。

二、Intel一級數據緩存設計

自P4時代開始，Intel開始採用全新的「數據代碼指令追蹤緩存」設計。基於這種架構的一級數據緩存不再存儲實際的數據，而是存儲這些數據在二級緩存中的指令代碼（即數據在二級緩存中存儲的起始地址）。假設處理器需要讀取「INTEL P4 IS GOOD」這一串數據（不記空格），那麼所有數據將被存儲在二級緩存中，而一級數據代碼指令追蹤緩存需要存儲的僅僅是上述數據的起始地址（如下圖所示）。

由於一級數據緩存不再存儲實際數據，因此「數據代碼指令追蹤緩轎仔局存」設計能夠極大地降CPU對一級數據緩存容量的要求，降低處理器的生產難度。但這種設計的弊端在於數據讀取效率較「實數據讀寫緩存設計」低，而且對二級緩存容量的依賴性非常大。

在了解了一級緩存、二級緩存的大致作用及其分類以後，下面我們來回答以下硬體一菜鳥網友提出的問題。

從理論上講，二級緩存越大處理器的性能越好，但這並不是說二級緩存容量加倍就能夠處理器帶來成倍的性能增長。目前CPU處理的絕大部分數據的大小都在0-256KB之間，小部分數據的大小在256KB-512KB之間，只有極少數數據的大小超過512KB。所以只要處理器可用的一級、二級緩存容量達到256KB以上，那就能夠應付正常的應用；512KB容量的二級緩存已經足夠滿足絕大多數應用的需求。

這其中，對於採用「實數據讀寫緩存」設計的AMD Athlon 64、Sempron處理器而言，由於它們已經具備了64KB一級指令緩存和64KB一級數據緩存，只要處理器的二級緩存容量大於等於128KB就能夠存儲足夠的數據和指令，因此它們對二級緩存的依賴性並不大。這就是為什麼主頻同為1.8GHz的Socket 754 Sempron 3000+（128KB二級緩存）、Sempron 3100+（256KB二級緩存）以及Athlon 64 2800+（512KB二級緩存）在大多數評測中性能非常接近的主要原因。所以對於普通用戶而言754 Sempron 2600+是值得考慮的。

反觀Intel目前主推的P4、賽揚系列處理器，它們都採用了「數據代碼指令追蹤緩存」架構，其中Prescott內核的一級緩存中只包含了12KB一級指令緩存和16KB一級數據緩存，而Northwood內核更是只有12KB一級指令緩存和8KB一級數據緩存。所以P4、賽揚系列處理器對二級緩存的依賴性是非常大的，賽揚D 320（256KB二級緩存）與賽揚 2.4GHz（128KB二級緩存）性能上的巨大差距就很好地證明了這一點；而賽揚D和P4 E處理器之間的性能差距同樣十分明顯。

最後，如果您是狂熱的游戲發燒友或者從事多媒體製作的專業用戶，那麼具有1MB二級緩存的P4處理器和具有512KB/1MB二級緩存的Athlon 64處理器才是您理想的選擇。因為在高負荷的運算下，CPU的一級緩存和二級緩存近乎「爆滿」，在這個時候大容量的二級緩存能夠為處理器帶來5%-10%左右的性能提升，這對於那些要求苛刻的用戶來說是完全有必要的。

二級緩存：

二級緩存又叫L2 CACHE，它是處理器內部的一些緩沖存儲器，其作用跟內存一樣。 它是怎麼出現的呢？ 要上溯到上個世紀80年代，由於處理器的運行速度越來越快，慢慢地，處理器需要從內存中讀取數據的速度需求就越來越高了。然而內存的速度提升速度卻很緩慢，而能高速讀寫數據的內存價格又非常高昂，不能大量採用。從性能價格比的角度出發，英特爾等處理器設計生產公司想到一個辦法，就是用少量的高速內存和大量的低速內存結合使用，共同為處理器提供數據。這樣就兼顧了性能和使用成本的最優。而那些高速的內存因為是處於CPU和內存之間的位置，又是臨時存放數據的地方，所以就叫做緩沖存儲器了，簡稱「緩存」。它的作用就像倉庫中臨時堆放貨物的地方一樣，貨物從運輸車輛上放下時臨時堆放在緩存區中，然後再搬到內部存儲區中長時間存放。貨物在這段區域中存放的時間很短，就是一個臨時貨場。最初緩存只有一級，後來處理器速度又提升了，一級緩存不夠用了，於是就添加了二級緩存。二級緩存是比一級緩存速度更慢，容量更大的內存，主要就是做一級緩存和內存之間數據臨時交換的地方用。現在，為了適應速度更快的處理器P4EE，已經出現了三級緩存了，它的容量更大，速度相對二級緩存也要慢一些，但是比內存可快多了。緩存的出現使得CPU處理器的運行效率得到了大幅度的提升，這個區域中存放的都是CPU頻繁要使用的數據，所以緩存越大處理器效率就越高，同時由於緩存的物理結構比內存復雜很多，所以其成本也很高。

大量使用二級緩存帶來的結果是處理器運行效率的提升和成本價格的大幅度不等比提升。舉個例子，伺服器上用的至強處理器和普通的P4處理器其內核基本上是一樣的，就是二級緩存不同。至強的二級緩存是2MB～16MB，P4的二級緩存是512KB，於是最便宜的至強也比最貴的P4貴，原因就在二級緩存不同。

二級緩存又叫L2 CACHE，它是處理器內部的一些緩沖存儲器，其作用跟內存一樣。 它是怎麼出現的呢？ 要上溯到上個世紀80年代，由於處理器的運行速度越來越快，慢慢地，處理器需要從內存中讀取數據的速度需求就越來越高了。然而內存的速度提升速度卻很緩慢，而能高速讀寫數據的內存價格又非常高昂，不能大量採用。從性能價格比的角度出發，英特爾等處理器設計生產公司想到一個辦法，就是用少量的高速內存和大量的低速內存結合使用，共同為處理器提供數據。這樣就兼顧了性能和使用成本的最優。而那些高速的內存因為是處於CPU和內存之間的位置，又是臨時存放數據的地方，所以就叫做緩沖存儲器了，簡稱「緩存」。它的作用就像倉庫中臨時堆放貨物的地方一樣，貨物從運輸車輛上放下時臨時堆放在緩存區中，然後再搬到內部存儲區中長時間存放。貨物在這段區域中存放的時間很短，就是一個臨時貨場。最初緩存只有一級，後來處理器速度又提升了，一級緩存不夠用了，於是就添加了二級緩存。二級緩存是比一級緩存速度更慢，容量更大的內存，主要就是做一級緩存和內存之間數據臨時交換的地方用。現在，為了適應速度更快的處理器P4EE，已經出現了三級緩存了，它的容量更大，速度相對二級緩存也要慢一些，但是比內存可快多了。緩存的出現使得CPU處理器的運行效率得到了大幅度的提升，這個區域中存放的都是CPU頻繁要使用的數據，所以緩存越大處理器效率就越高，同時由於緩存的物理結構比內存復雜很多，所以其成本也很高。

大量使用二級緩存帶來的結果是處理器運行效率的提升和成本價格的大幅度不等比提升。舉個例子，伺服器上用的至強處理器和普通的P4處理器其內核基本上是一樣的，就是二級緩存不同。至強的二級緩存是2MB～16MB，P4的二級緩存是512KB，於是最便宜的至強也比最貴的P4貴，原因就在二級緩存不同。

B. cpu的一級緩存 64kb 二級緩存128kb 請問下 這就是cpu總共的緩存嗎

首先我們來簡單了解一下一級緩存。目前所有主流處理器大都具有一級緩存和二級緩存，少數高端處理器還集成了三級緩存。其中，一級緩存可分為一級指令緩存和一級數據緩存。一級指令緩存用於暫時存儲並向CPU遞送各類運算指令；一級數據緩存用於暫時存儲並向CPU遞送運算所需數據，這就是一級緩存的作用

那麼，二級緩存的作用又是什麼呢？簡單地說，二級緩存就是一級緩存的緩沖器：一級緩存製造成本很高因此它的容量有限，二級緩存的作用就是存儲那些CPU處理時需要用到、一級緩存又無法存儲的數據。同樣道理，三級緩存和內存可以看作是二級緩存的緩沖器，它們的容量遞增，但單位製造成本卻遞減。需要注意的是，無論是二級緩存、三級緩存還是內存都不能存儲處理器操作的原始指令，這些指令只能存儲在CPU的一級指令緩存中，而餘下的二級緩存、三級緩存和內存僅用於存儲CPU所需數據。

根據工作原理的不同，目前主流處理器所採用的一級數據緩存又可以分為實數據讀寫緩存和數據代碼指令追蹤緩存2種，它們分別被AMD和Intel所採用。不同的一級數據緩存設計對於二級緩存容量的需求也各不相同，下面讓我們簡單了解一下這兩種一級數據緩存設計的不同之處。
一、AMD一級數據緩存設計

AMD採用的一級緩存設計屬於傳統的「實數據讀寫緩存」設計。基於該架構的一級數據緩存主要用於存儲CPU最先讀取的數據；而更多的讀取數據則分別存儲在二級緩存和系統內存當中。做個簡單的假設，假如處理器需要讀取「AMD ATHLON 64 3000+ IS GOOD」這一串數據（不記空格），那麼首先要被讀取的「AMDATHL」將被存儲在一級數據緩存中，而餘下的「ON643000+ISGOOD」則被分別存儲在二級緩存和系統內存當中（如下圖所示）。

需要注意的是，以上假設只是對AMD處理器一級數據緩存的一個抽象描述，一級數據緩存和二級緩存所能存儲的數據長度完全由緩存容量的大小決定，而絕非以上假設中的幾個位元組。「實數據讀寫緩存」的優點是數據讀取直接快速，但這也需要一級數據緩存具有一定的容量，增加了處理器的製造難度（一級數據緩存的單位製造成本較二級緩存高）。
二、Intel一級數據緩存設計

自P4時代開始，Intel開始採用全新的「數據代碼指令追蹤緩存」設計。基於這種架構的一級數據緩存不再存儲實際的數據，而是存儲這些數據在二級緩存中的指令代碼（即數據在二級緩存中存儲的起始地址）。假設處理器需要讀取「INTEL P4 IS GOOD」這一串數據（不記空格），那麼所有數據將被存儲在二級緩存中，而一級數據代碼指令追蹤緩存需要存儲的僅僅是上述數據的起始地址（如下圖所示）。

由於一級數據緩存不再存儲實際數據，因此「數據代碼指令追蹤緩存」設計能夠極大地降CPU對一級數據緩存容量的要求，降低處理器的生產難度。但這種設計的弊端在於數據讀取效率較「實數據讀寫緩存設計」低，而且對二級緩存容量的依賴性非常大。

在了解了一級緩存、二級緩存的大致作用及其分類以後，下面我們來回答以下硬體一菜鳥網友提出的問題。
從理論上講，二級緩存越大處理器的性能越好，但這並不是說二級緩存容量加倍就能夠處理器帶來成倍的性能增長。目前CPU處理的絕大部分數據的大小都在0-256KB之間，小部分數據的大小在256KB-512KB之間，只有極少數數據的大小超過512KB。所以只要處理器可用的一級、二級緩存容量達到256KB以上，那就能夠應付正常的應用；512KB容量的二級緩存已經足夠滿足絕大多數應用的需求。

這其中，對於採用「實數據讀寫緩存」設計的AMD Athlon 64、Sempron處理器而言，由於它們已經具備了64KB一級指令緩存和64KB一級數據緩存，只要處理器的二級緩存容量大於等於128KB就能夠存儲足夠的數據和指令，因此它們對二級緩存的依賴性並不大。這就是為什麼主頻同為1.8GHz的Socket 754 Sempron 3000+（128KB二級緩存）、Sempron 3100+（256KB二級緩存）以及Athlon 64 2800+（512KB二級緩存）在大多數評測中性能非常接近的主要原因。所以對於普通用戶而言754 Sempron 2600+是值得考慮的。

反觀Intel目前主推的P4、賽揚系列處理器，它們都採用了「數據代碼指令追蹤緩存」架構，其中Prescott內核的一級緩存中只包含了12KB一級指令緩存和16KB一級數據緩存，而Northwood內核更是只有12KB一級指令緩存和8KB一級數據緩存。所以P4、賽揚系列處理器對二級緩存的依賴性是非常大的，賽揚D 320（256KB二級緩存）與賽揚 2.4GHz（128KB二級緩存）性能上的巨大差距就很好地證明了這一點；而賽揚D和P4 E處理器之間的性能差距同樣十分明顯。

最後，如果您是狂熱的游戲發燒友或者從事多媒體製作的專業用戶，那麼具有1MB二級緩存的P4處理器和具有512KB/1MB二級緩存的Athlon 64處理器才是您理想的選擇。因為在高負荷的運算下，CPU的一級緩存和二級緩存近乎「爆滿」，在這個時候大容量的二級緩存能夠為處理器帶來5%-10%左右的性能提升，這對於那些要求苛刻的用戶來說是完全有必要的。

C. 一級數據緩存跟一級指令緩存是什麼意思

一級緩存（Level 1 Cache）簡稱L1 Cache，位於CPU內核的旁邊，是與CPU結合最為緊密的CPU緩存，也是歷史上最早出現的CPU緩存。由於一級緩存的技術難度和製造成本最高，提高容量所帶來的技術難度增加和成本增加非常大，所帶來的性能提升卻不明顯，性價比很低，而且現有的一級緩存的命中率已經很高，所以一級緩存是所有緩存中容量最小的，比二級緩存要小得多。 一般來說，一級緩存可以分為一級數據緩存（Data Cache，D-Cache）和一級指令緩存（Instruction Cache，I-Cache）。二者分別用來存放數據以及對執行這些數據的指令進行即時解碼，而且兩者可以同時被CPU訪問，減少了爭用Cache所造成的沖突，提高了處理器效能。目前大多數CPU的一級數據緩存和一級指令緩存具有相同的容量，例如AMD的Athlon XP就具有64KB的一級數據緩存和64KB的一級指令緩存，其一級緩存就以64KB+64KB來表示，其餘的CPU的一級緩存表示方法以此類推。 二級緩存是CPU性能表現的關鍵之一，在CPU核心不變化的情況下，增加二級緩存容量能使性能大幅度提高。而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二級緩存上有差異，由此可見二級緩存對於CPU的重要性。

D. 為什麼CPU要分一級緩存、二級緩存和三級緩存

CPU緩存就是CPU內部的緩存運行頻率，緩存的大小與結構對CPU速度的影響較大，因此緩存大小也是CPU重要的性能指標之一。

CPU緩存的作用主要是為了解決CPU運算速度與內存讀寫速度不匹配的矛盾，而緩存的容量要比內存要小的太多，但是其速度要比內存快的多，因此這樣會讓CPU使用很長的時間等待數據到來或把數據寫入內存中。

搜索在緩存中的數據是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的，當CPU調用大量數據時，就能夠避開內存直接從緩存中調用，從而加快讀取速度。

當CPU需要讀取數據並進行計算時，首先需要將CPU緩存中查到所需的數據，並在最短的時間下交付給CPU。

如果沒有查到所需的數據，CPU就會提出「要求」經過緩存從內存中讀取，再原路返回至CPU進行計算。而同時，把這個數據所在的數據也調入緩存，可以使得以後對整塊數據的讀取都從緩存中進行，不必再調用內存。

一級緩存（L1 Cache）

CPU一級緩存，就是指CPU的第一層級的高速緩存，主要當擔的工作是緩存指令和緩存數據。一級緩存的容量與結構對CPU性能影響十分大，但是由於它的結構比較復雜，又考慮到成本等因素，一般來說，CPU的一級緩存較小，通常CPU的一級緩存也就能做到256KB左右的水平。

二級緩存（L2 Cache66）

CPU二級緩存，就是指CPU的第二層級的高速緩存，而二級緩存的容量會直接影響到CPU的性能，二級緩存的容量越大越好。例如intel的第八代i7-8700處理器，共有六個核心數量，而每個核心都擁有256KB的二級緩存，屬於各核心獨享，這樣二級緩存總數就達到了1.5MB。

三級緩存（L3 Cache）

CPU三級緩存，就是指CPU的第三層級的高速緩存，其作用是進一步降低內存的延遲，同時提升海量數據量計算時的性能。和一級緩存、二級緩存不同的是，三級緩存是核心共享的，能夠將容量做的很大。

CPU的核心數量、高頻高低都會影響性能，但如果讓CPU更聰明、更有效率的執行計算任務，那麼緩存的作用就至關重要了。

(4)什麼劃分指令緩存和數據緩存擴展閱讀：

CPU主要性能參數：

1、主頻

主頻也叫時鍾頻率，單位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用來表示CPU的運算、處理數據的速度。

2、外頻

外頻是CPU的基準頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運行速度。

3、匯流排頻率

前端匯流排（FSB)是將CPU連接到北橋晶元的匯流排。前端匯流排（FSB）頻率（即匯流排頻率）是直接影響CPU與內存直接數據交換速度。

4、倍頻系數

倍頻系數是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。

5、緩存

緩存大小也是CPU的重要指標之一，而且緩存的結構和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內緩存的運行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大於系統內存和硬碟。

E. CPU的一、二、三級緩存分別有什麼用

L1 Cache(一級緩存)：

Cache(一級緩存)是CPU第一層高速緩存，分為數據緩存和指令緩存。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲器均由靜態RAM組成，結構較復雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級高速緩存的容量不可能做得太大。一般伺服器CPU的L1緩存的容量通常在32-256KB。

L2 Cache(二級緩存)：

L2 Cache(二級緩存)是CPU的第二層高速緩存，分內部和外部兩種晶元。內部的晶元二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，現在家庭用CPU容量最大的是4MB，而伺服器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高跡拿型達2MB-4MB，有的高達8MB或者19MB。

L3 Cache(三級緩存)：

ache(三級緩存)，分為兩種，早期的是外置，現在的都是內敏岩置的。而它的實際作用即是，L3緩存的應用可以進一步降低內存延遲，同時提升大數據量計算時處理器的性能。降低內存延遲和提升大數據量計算能力對游戲都很有幫助。

而在伺服器領域增加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存會更有效，故它比較慢的磁碟I/O子系統可以處理更多的數據請求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統緩存行為及較短姿猜消息和處理器隊列長度。