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cpu性能緩存

發布時間: 2022-02-05 15:48:04

⑴ CPU緩存大小對電腦的整體性能有何影響

首先了解一下硬碟的緩存主要起三種作用:

一是預讀取。當硬碟受到CPU指令控制開始讀取數據時,硬碟上的控制晶元會控制磁頭把正在讀取的簇的下一個或者幾個簇中的數據讀到緩存中(由於硬碟上數據存儲時是比較連續的,所以讀取命中率較高),當需要讀取下一個或者幾個簇中的數據的時候,硬碟則不需要再次讀取數據,直接把緩存中的數據傳輸到內存中就可以了,由於緩存的速度遠遠高於磁頭讀寫的速度,所以能夠達到明顯改善性能的目的。

二是對寫入動作進行緩存。當硬碟接到寫入數據的指令之後,並不會馬上將數據寫入到碟片上,而是先暫時存儲在緩存里,然後發送一個「數據已寫入」的信號給系統,這時系統就會認為數據已經寫入,並繼續執行下面的工作,而硬碟則在空閑(不進行讀取或寫入的時候)時再將緩存中的數據寫入到碟片上。雖然對於寫入數據的性能有一定提升,但也不可避免地帶來了安全隱患——如果數據還在緩存里的時候突然掉電,那麼這些數據就會丟失。對於這個問題,硬碟廠商們自然也有解決辦法:掉電時,磁頭會藉助慣性將緩存中的數據寫入零磁軌以外的暫存區域,等到下次啟動時再將這些數據寫入目的地。

三是臨時存儲最近訪問過的數據。有時候,某些數據是會經常需要訪問的,硬碟內部的緩存會將讀取比較頻繁的一些數據存儲在緩存中,再次讀取時就可以直接從緩存中直接傳輸。緩存就像是一台計算機的內存一樣,在硬碟讀寫數據時,負責數據的存儲、寄放等功能。這樣一來,不僅可以大大減少數據讀寫的時間以提高硬碟的使用效率。同時利用緩存還可以讓硬碟減少頻繁的讀寫,讓硬碟更加安靜,更加省電。更大的硬碟緩存,你將讀取游戲時更快,拷貝文件時候更快,在系統啟動中更為領先。

緩存英文名為Cache,它也是內存的一種,其數據交換速度快且運算頻率高。 硬碟的緩存是硬碟與外部匯流排交換數據的場所。硬碟的讀數據的過程是將磁信號轉化為電信號後,通過緩存一次次地填充與清空,再填充,再清空,一步步按照PCI匯流排的周期送出,可見,緩存的作用是相當重要的。根據寫入方式的不同,有寫通式和回寫式兩種。寫通式在讀硬碟數據時,系統先檢查請求指令,看看所要的數據是否在緩存中,如果在的話就由緩存送出響應的數據,這個過程稱為命中。這樣系統就不必訪問硬碟中的數據,由於SDRAM的速度比磁介質快很多,因此也就加快了數據傳輸的速度。回寫式就是在寫入硬碟數據時也在緩存中找,如果找到就由緩存就數據寫入盤中,現在的多數硬碟都是採用的回寫式硬碟,這樣就大大提高了性能。

硬碟在控制器上的一塊內存晶元,其類型一般以SDRAM為主,具有極快的存取速度,它是硬碟內部存儲和外界介面之間的緩沖器。由於硬碟的內部數據傳輸速度和外界介面傳輸速度不同,緩存在其中起到一個緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關繫到硬碟的傳輸速度的重要因素,能夠大幅度地提高硬碟整體性能。當硬碟存取零碎數據時需要不斷地在硬碟與內存之間交換數據,如果有大緩存,則可以將那些零碎數據暫存在緩存中,減小外系統的負荷,也提高了數據的傳輸速度。在介面技術已經發展到一個相對成熟的階段的時候,緩存的大小與速度是直接關繫到硬碟的傳輸速度的重要因素。目前主流硬碟的緩存主要有2KB和8MB等幾種,最大的台式機緩存容量已經提升到16M。

⑵ CPU的緩存是什麼 對CPU性能影響大嗎

二級緩存

CPU緩存(Cache Memory)位於CPU與內存之間的臨時存儲器,它的容量比內存小但交換速度快。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,就可避開內存直接從緩存中調用,從而加快讀取速度。由此可見,在CPU中加入緩存是一種高效的解決方案,這樣整個內存儲器(緩存+內存)就變成了既有緩存的高速度,又有內存的大容量的存儲系統了。緩存對CPU的性能影響很大,主要是因為CPU的數據交換順序和CPU與緩存間的帶寬引起的。

緩存的工作原理是當CPU要讀取一個數據時,首先從緩存中查找,如果找到就立即讀取並送給CPU處理;如果沒有找到,就用相對慢的速度從內存中讀取並送給CPU處理,同時把這個數據所在的數據塊調入緩存中,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。

正是這樣的讀取機制使CPU讀取緩存的命中率非常高(大多數CPU可達90%左右),也就是說CPU下一次要讀取的數據90%都在緩存中,只有大約10%需要從內存讀取。這大大節省了CPU直接讀取內存的時間,也使CPU讀取數據時基本無需等待。總的來說,CPU讀取數據的順序是先緩存後內存。

最早先的CPU緩存是個整體的,而且容量很低,英特爾公司從Pentium時代開始把緩存進行了分類。當時集成在CPU內核中的緩存已不足以滿足 CPU的需求,而製造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量。因此出現了集成在與CPU同一塊電路板上或主板上的緩存,此時就把 CPU內核集成的緩存稱為一級緩存,而外部的稱為二級緩存。一級緩存中還分數據緩存(Data Cache,D-Cache)和指令緩存(Instruction Cache,I-Cache)。二者分別用來存放數據和執行這些數據的指令,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。英特爾公司在推出Pentium 4處理器時,用新增的一種一級追蹤緩存替代指令緩存,容量為12KμOps,表示能存儲12K條微指令。

隨著CPU製造工藝的發展,二級緩存也能輕易的集成在CPU內核中,容量也在逐年提升。現在再用集成在CPU內部與否來定義一、二級緩存,已不確切。而且隨著二級緩存被集成入CPU內核中,以往二級緩存與CPU大差距分頻的情況也被改變,此時其以相同於主頻的速度工作,可以為CPU提供更高的傳輸速度。

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。

CPU在緩存中找到有用的數據被稱為命中,當緩存中沒有CPU所需的數據時(這時稱為未命中),CPU才訪問內存。從理論上講,在一顆擁有二級緩存的CPU中,讀取一級緩存的命中率為80%。也就是說CPU一級緩存中找到的有用數據占數據總量的80%,剩下的20%從二級緩存中讀取。由於不能准確預測將要執行的數據,讀取二級緩存的命中率也在80%左右(從二級緩存讀到有用的數據占總數據的16%)。那麼還有的數據就不得不從內存調用,但這已經是一個相當小的比例了。目前的較高端的CPU中,還會帶有三級緩存,它是為讀取二級緩存後未命中的數據設計的—種緩存,在擁有三級緩存的CPU中,只有約 5%的數據需要從內存中調用,這進一步提高了CPU的效率。

為了保證CPU訪問時有較高的命中率,緩存中的內容應該按一定的演算法替換。一種較常用的演算法是「最近最少使用演算法」(LRU演算法),它是將最近一段時間內最少被訪問過的行淘汰出局。因此需要為每行設置一個計數器,LRU演算法是把命中行的計數器清零,其他各行計數器加1。當需要替換時淘汰行計數器計數值最大的數據行出局。這是一種高效、科學的演算法,其計數器清零過程可以把一些頻繁調用後再不需要的數據淘汰出緩存,提高緩存的利用率。

CPU產品中,一級緩存的容量基本在4KB到64KB之間,二級緩存的容量則分為128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。一級緩存容量各產品之間相差不大,而二級緩存容量則是提高CPU性能的關鍵。二級緩存容量的提升是由CPU製造工藝所決定的,容量增大必然導致CPU內部晶體管數的增加,要在有限的CPU面積上集成更大的緩存,對製造工藝的要求也就越高。

雙核心CPU的二級緩存比較特殊,和以前的單核心CPU相比,最重要的就是兩個內核的緩存所保存的數據要保持一致,否則就會出現錯誤,為了解決這個問題不同的CPU使用了不同的辦法:

Intel雙核心處理器的二級緩存
目前Intel的雙核心CPU主要有Pentium D、Pentium EE、Core Duo三種,其中Pentium D、Pentium EE的二級緩存方式完全相同。Pentium D和Pentium EE的二級緩存都是CPU內部兩個內核具有互相獨立的二級緩存,其中,8xx系列的Smithfield核心CPU為每核心1MB,而9xx系列的 Presler核心CPU為每核心2MB。這種CPU內部的兩個內核之間的緩存數據同步是依靠位於主板北橋晶元上的仲裁單元通過前端匯流排在兩個核心之間傳輸來實現的,所以其數據延遲問題比較嚴重,性能並不盡如人意。
Core Duo使用的核心為Yonah,它的二級緩存則是兩個核心共享2MB的二級緩存,共享式的二級緩存配合Intel的「Smart cache」共享緩存技術,實現了真正意義上的緩存數據同步,大幅度降低了數據延遲,減少了對前端匯流排的佔用,性能表現不錯,是目前雙核心處理器上最先進的二級緩存架構。今後Intel的雙核心處理器的二級緩存都會採用這種兩個內核共享二級緩存的「Smart cache」共享緩存技術。

AMD雙核心處理器的二級緩存
Athlon 64 X2 CPU的核心主要有Manchester和Toledo兩種,他們的二級緩存都是CPU內部兩個內核具有互相獨立的二級緩存,其中,Manchester 核心為每核心512KB,而Toledo核心為每核心1MB。處理器內部的兩個內核之間的緩存數據同步是依靠CPU內置的System Request Interface(系統請求介面,SRI)控制,傳輸在CPU內部即可實現。這樣一來,不但CPU資源佔用很小,而且不必佔用內存匯流排資源,數據延遲也比Intel的Smithfield核心和Presler核心大為減少,協作效率明顯勝過這兩種核心。不過,由於這種方式仍然是兩個內核的緩存相互獨立,從架構上來看也明顯不如以Yonah核心為代表的Intel的共享緩存技術Smart Cache。
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前端匯流排
匯流排是將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。通俗的說,就是多個部件間的公共連線,用於在各個部件之間傳輸信息。人們常常以MHz表示的速度來描述匯流排頻率。匯流排的種類很多,前端匯流排的英文名字是Front Side Bus,通常用FSB表示,是將CPU連接到北橋晶元的匯流排。選購主板和CPU時,要注意兩者搭配問題,一般來說,如果CPU不超頻,那麼前端匯流排是由 CPU決定的,如果主板不支持CPU所需要的前端匯流排,系統就無法工作。也就是說,需要主板和CPU都支持某個前端匯流排,系統才能工作,只不過一個CPU 默認的前端匯流排是唯一的,因此看一個系統的前端匯流排主要看CPU就可以。

北橋晶元負責聯系內存、顯卡等數據吞吐量最大的部件,並和南橋晶元連接。CPU就是通過前端匯流排(FSB)連接到北橋晶元,進而通過北橋晶元和內存、顯卡交換數據。前端匯流排是CPU和外界交換數據的最主要通道,因此前端匯流排的數據傳輸能力對計算機整體性能作用很大,如果沒足夠快的前端匯流排,再強的 CPU也不能明顯提高計算機整體速度。數據傳輸最大帶寬取決於所有同時傳輸的數據的寬度和傳輸頻率,即數據帶寬=(匯流排頻率×數據位寬)÷8。目前PC機上所能達到的前端匯流排頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz幾種,前端匯流排頻率越大,代表著CPU與北橋晶元之間的數據傳輸能力越大,更能充分發揮出CPU的功能。現在的CPU技術發展很快,運算速度提高很快,而足夠大的前端匯流排可以保障有足夠的數據供給給CPU,較低的前端匯流排將無法供給足夠的數據給CPU,這樣就限制了CPU性能得發揮,成為系統瓶頸。顯然同等條件下,前端匯流排越快,系統性能越好。

外頻與前端匯流排頻率的區別:前端匯流排的速度指的是CPU和北橋晶元間匯流排的速度,更實質性的表示了CPU和外界數據傳輸的速度。而外頻的概念是建立在數字脈沖信號震盪速度基礎之上的,也就是說,100MHz外頻特指數字脈沖信號在每秒鍾震盪一萬萬次,它更多的影響了PCI及其他匯流排的頻率。之所以前端匯流排與外頻這兩個概念容易混淆,主要的原因是在以前的很長一段時間里(主要是在Pentium 4出現之前和剛出現Pentium 4時),前端匯流排頻率與外頻是相同的,因此往往直接稱前端匯流排為外頻,最終造成這樣的誤會。隨著計算機技術的發展,人們發現前端匯流排頻率需要高於外頻,因此採用了QDR(Quad Date Rate)技術,或者其他類似的技術實現這個目的。這些技術的原理類似於AGP的2X或者4X,它們使得前端匯流排的頻率成為外頻的2倍、4倍甚至更高,從此之後前端匯流排和外頻的區別才開始被人們重視起來。此外,在前端匯流排中比較特殊的是AMD64的HyperTransport。

⑶ cpu緩存和內存的帶寬哪個對性能影響大

當然是緩存更重要,一二三級緩速度最快,是CPU最先訪問的緩存。直接關繫到CPU的性能,好比汽車發動機。
而內存帶寬好比車道寬度。車道寬車不一定快,
還有5930和8700差了三代,架構都變了,不能直接比緩存大小

⑷ cpuL2緩存對cpu性能有什麼影響

肯定有影響!
cpu二級緩存現代桌面級PC的CPU二級緩存容量大多數在64KB到2MB之間。因為CPU二級緩存容量對CPU性能有不小的影響,所以低端CPU和中高端CPU在物理結構上的差異主要就是二級緩存容量的大小。那麼二級緩存容量為什麼如此重要?它對CPU性能有什麼樣的影響呢?
CPU二級緩存作為一級緩存的「後備倉庫」,用於為一級緩存存儲更多的數據,減少CPU直接訪問內存 的次數。理論上,CPU訪問並調用緩存的數據所佔的比重越大,則CPU訪問並調用內存的數據所佔的比重就越小,那麼因訪問內存而耽誤的時間 就越少。所以緩存的容量越大,CPU的實際效率也就越高,性能就越強。
實際上,現在Intel和AMD處理器在一級緩存的邏輯結構設計上有所不同,所以二級緩存對CPU性能的影響也不盡相同。因為CPU讀取的 數據(包括指令)中有80%的數據來自一級緩存,所以一級緩存的邏輯結構決定了CPU二級緩存容量對CPU性能的影響。Intel的Pentium 4及Celeron系列處理器的一級數據緩存被稱為「數據代碼指令追蹤(讀寫)緩存」;AMD的Athlon 64/Athlon XP/Sempron/Duron系列處理器 的一級數據緩存叫作「實數據讀寫緩存」。
這兩類CPU一級緩存不同的邏輯結構有什麼不同?下面,用一個例子來描述。
假設有一個運算任務,要從「1」一直遞加到「999999」。在傳統的「實數據讀寫緩存」架構下,這一系列數據中最先用到的數據(如 「1、2……449、450」)將存儲在CPU一級數據緩存中,更多的數據(如「451、452……899999、900000」)存儲在CPU二級緩存中,其餘的數 據(如「900001、999002……999998、999999」)暫存在內存中,CPU將按照一級數據緩存、二級緩存和內存的順序讀取這些數據。

傳統的一級數據緩存的存儲方式
但是在「數據代碼指令追蹤緩存」架構的CPU中,一級數據緩存並不存儲這些最先用到的數據(「1、2……449、450」),而是將這些 數據存儲到二級緩存中,一級數據緩存僅僅存儲這些數據在二級緩存中的起止地址(又稱為:指令代碼)。例如,數據「1、2……449、450」 順序存儲在二級緩存中,數據「1」所在地址為「00001F」,數據「450」 所在地址為「00451F」,實際上一級數據緩存只需要存儲「00001F」和「00451F」這兩個地址就可以了,而不需要存儲大量的數據。

「數據代碼指令追蹤緩存」架構的一級數據緩存的存儲方式
但是由於其一級數據緩存不存儲數據,數據存儲在二級緩存中,因此對二級緩存容量的依賴非常大,所以CPU需要更大的二級緩存容量 才能發揮出應有的性能。在實際應用中,CPU處理的數據中大多數都是0KB~128KB大小的數據,128KB~256KB的數據約有10%,256KB~512KB的 數據有5%,512KB~1MB的數據僅有3%左右。所以對於這種CPU來說,二級緩存容量從0KB增加到256KB對CPU性能的提高幾乎是直線性的;增加 到512KB對CPU性能的提高稍微小一些;從512KB增加到1MB,普通用戶就很難體會到CPU性能有提高了。正因為如此,大家能感受到Pentium 4 C(512KB二級緩存)與Celeron(128KB二級緩存)的性能差異,卻很難感受到Pentium 4 C(512KB二級緩存)與Pentium 4 E(1MB二級緩存)的性能差異了。

CPU處理數據大小的概率分布圖
例如,同為2.8GHz主頻的Celeron D(256KB二級緩存)和Pentium 4 E(1MB二級緩存)運算super π 104萬位的耗時分別為56秒和48秒 ,除去外頻(前者為133MHz,後者為200MHz)的差異和超線程技術的影響,兩者的性能差距只有10%左右,對於普通用戶而言這樣的性能差距 是微不足道的;只有對CPU運算性能要求「苛刻」的玩家來說更大的二級緩存容量才是必須的。

Celeron D

Pentium 4 E
相對的,由於AMD的Athlon 64/Athlon XP/Sempron/Duron系列產品的一級數據緩存直接存儲數據,而且128KB的容量在大多數情況下就 可以承擔CPU所急需的數據,所以其二級緩存對CPU性能的影響並沒有那麼大。這也就解釋了為什麼主頻和外頻相同的Athlon XP(256KB或512KB二級緩存)和Duron(64KB二級緩存)雖然二級緩存容量差異巨大,但實際性能差距不大的原因。而且Athlon 64/Sempron 系列CPU在內存控制器、流水線長度、頻率、匯流排架構和擴展指令集等諸多方面與以前的產品都有差異,因此在性能上受二級緩存容量的影響就 更小了。

Sempron

Athlon 64
綜上所述,在CPU性能方面,並非只從二級緩存容量上作對比就可以得到准確的答案,實際上還要考慮到緩存的總體設計結構、一級數 據緩存容量等因素。雖然從總體上來講,二級緩存容量越大越好,但是並不是二級緩存容量提高一倍就能使CPU性能提升一倍。因此對於一般家 庭用戶來說,電腦主要是用來上網、欣賞音樂和電影以及文字處理,二級緩存為256KB的Celeron D或Sempron已經足夠了。只有對3D游戲、辦公軟體和多媒體編輯性能要求較高的用戶才需要更大二級緩存的CPU。
不知道是不是能夠明白

⑸ 對性能影響有多大 CPU緩存全面測試

傳言Intel下一代單晶元處理器Haswell將配備四級緩存,不過最新消息又辟謠說L4緩存並不會出現,目前的桌面級主流處理器最多配備了8MB三級緩存,SandyBridge-E最多配備15MB三級緩存,伺服器版處理器的三級緩存容量早已達到30MB,盡管Ivy Bridge-E的具體規格還未可知,但是種種跡象表明Ivy Bridge-E的緩存容量肯定會有所提升,那麼處理器究竟需要配備多大容量的緩存呢?本次測試將揭開這個謎底。
我們選擇了四款Intel的主流處理器進行測試,其中包括Intel酷睿i5-2500K、酷睿i7-2700、酷睿i7-3820和旗艦酷睿i7-3960X。在測試之前我們先來了解下緩存的工作機制。
CPU緩存對於CPU的性能究竟有多大的影響呢?首先,小編先簡單介紹下CPU緩存,CPU緩存(Cache Memory)是位於CPU與內存之間的規模較小的但速度很高的臨時存儲器,它通常由SRAM(靜態隨機存儲器)組成。用來存放那些被CPU頻繁使用的數據,以便使CPU不必依賴於速度較慢的DRAM(動態隨機存儲器)。不過限於它的昂貴成本,一般容量比內存要小。

⑹ CPU緩存是不是越大越好

理論上,緩存越大,cpu性能越高。
但是,數據預讀取的分支預測演算法等也是必須注重的。否則空有大容量緩存,卻不能有機調配,照樣得不到高性能。

⑺ 如何提高cpu性能的緩存

當前都是用擴大緩存區和增加緩存寄存器的方法。在機器整體處理上,就是擴大內存,以減少讀盤頻繁

⑻ CPU緩存是不是越大越好呢

CPU的頻率分為外頻、倍頻和主頻。一般我了解到的CPU的頻率是CPU的主頻,主頻=外頻×倍頻。例如:P4 2.4A CPU的頻率為2.4GHz,它是133MHz×18=2400MHz的;而Core 2 Duo E6400的頻率為2.13GHz,它是266MHz×8=2130MHz的。

CPU的效能以及電腦整體的性能不是僅僅取決於CPU主頻的。一般來講,在選擇CPU時,首先考慮外頻和緩存,同時,還要考慮主板所支持的匯流排頻率(是否支持CPU所能達到的匯流排頻率),以及內存,顯卡的頻率等。而根據我們實際使用的情況來看,現在CPU的絕對頻率都很高了,一般都在1.5G以上,而實際上,這已經很夠用了。所以,不要一味去追求CPU的主頻,而更應考慮外頻和緩存的大小。

⑼ cpu緩存越大越好嗎

CPU緩存並不是越大越好,因為緩存採用的是速度快、價格昂貴的靜態RAM(SRAM),由於每個SRAM內存單元都是由4~6個晶體管構成,增加緩存會帶來CPU集成晶體管個數大增,發熱量也隨之增大,給設計製造帶來很大的難度。所以就算緩存容量做得很大,但如果設計不合理會造成緩存的延時,CPU的性能也未必得到提高。

⑽ CPU緩存如何查看

可以通過CPU-Z進行查看:
網路搜索CPU-Z,並進行下載安裝;
運行已安裝的軟體,在界面上就能看到二級緩存信息: