① cache在計算機中的作用是什麼
高速緩沖存儲器是存在於主存與CPU之間的一級存儲器，具體作用如下：
在計算機技術發展過程中,主存儲器存取速度一直比中央處理器操作速度慢得多，使中央處理器的高速處理能力不能充分發揮，整個計算機系統的工作效率受到影響。
有很多方法可用來緩和中央處理器和主存儲器之間速度不匹配的矛盾，如採用多個通用寄存器、多存儲體交叉存取等，在存儲層次上採用高速緩沖存儲器也是常用的方法之一。很多大、中型計算機以及新近的一些小型機、微型機也都採用高速緩沖存儲器。
(1)存儲器負責緩存管理擴展閱讀
Cache組成部分
主要由三大部分組成：
Cache存儲體：存放由主存調入的指令與數據塊。
地址轉換部件：建立目錄表以實現主存地址到緩存地址的轉換。
替換部件：在緩存已滿時按一定策略進行數據塊替換，並修改地址轉換部件。
② 計算機的存儲器，寄存器和緩存的作用及聯系
高速緩沖存儲器是一種特殊的，存儲單元以及由Cache緩存控制部件。用相同類型的CPU高速緩存存儲單元中通常使用的半導體存儲裝置中，存儲器訪問時間，甚至比10倍的速度。高速緩沖存儲器控制器組件包括主存儲器地址寄存器，高速緩存地址的寄存器，主存儲器-cache地址轉換單元和更換控制部件。由於每個以及它們如何工作，什麼樣的作用，所以，我覺得我們沒有必要做進一步的研究，知道一般的緩存分為一級緩存（其中又分為數據緩存，代碼緩存），二級緩存就行了
③ 存儲器層次結構中的緩存
《深入理解計算機系統》p422
6.1 存儲器層次結構中的緩存
一般而言,高速緩存( cache ,讀作「 cash 」)是一個小而快速的存儲設備,它作為存儲在更大、也更慢的設備中的數據對象的緩沖區域。使用高速緩存的過程稱為緩存( caching ,讀作「 cashing 」)。存儲器層次結構的中心思想是,對於每個 k ,位於 k 層的更快更小的存儲設備作為位於 k 十1層的更大更慢的存儲設備的緩存。換句話說,層次結構中的每一層都緩存來自較低一層的數據對象。例如,本地磁碟作為通過網路從遠程磁碟取出的文件(例如 Web 頁面)的緩存,主存作為本地磁碟上數據的緩存,依此類推,直到最小的緩存—— CPU 寄存器組。圖6-22展示了存儲器層次結構中緩存的一般性概念。第 k 十1層的存儲器被劃分成連續的數據對象組塊( chunk ),稱為塊( block )。每個塊都有一個唯一的地址或名字,使之區別於其他的塊。塊可以是固定大小的(通常是這樣的),也可以是可變大小的(例如存儲在 Web 伺服器上的遠程 HTML 文件)。例如,圖6-22中第 k 十1層存儲器被劃分成16個大小固定的塊,編號為0~15。
類似地,第 k 層的存儲器被劃分成較少的塊的集合,每個塊的大小與 k 十1層的塊的大小一樣。在任何時刻,第 k 層的緩存包含第 k 十1層塊的一個子集的副本。例如,在圖6-22中,第 k 層的緩存有4個塊的空間,當前包含塊4、9、14和3的副本。
數據總是以塊大小為傳送單元( transfer unit )在第 k 層和第 k +1層之間來回復制的。雖然在層次結構中任何一對相鄰的層次之間塊大小是固定的,但是其他的層次對之間可以有不同的塊大小。例如,在圖6-21中,L1和 LO 之間的傳送通常使用的是1個字大小的塊。L2和L1之間(以及I3和I2之間、L4和I3之間)的傳送通常使用的是幾十個位元組的
塊。而L5和L4之間的傳送用的是大小為幾百或幾千位元組的塊。一般而言,層次結構中較低層(離 CPU 較遠)的設備的訪問時間較長,因此為了補償這些較長的訪問時間,傾向於使用較大的塊。
1. 緩存命中
當程序需要第 k 十1層的某個數據對象 d 時,它首先在當前存儲在第 k 層的一個塊中查找 d 。如果 d 剛好緩存在第 k 層中,那麼就是我們所說的緩存命中( cache hit )。該程序直接從第 k 層讀取 d ,根據存儲器層次結構的性質,這要比從第 k +1層讀取 d 更快。例如,一個有良好時間局部性的程序可以從塊14中讀出一個數據對象,得到一個對第 k 層的緩存命中。
2. 緩存不命中
另一方面,如果第 k 層中沒有緩存數據對象 d ,那麼就是我們所說的緩存不命中( cache miss )。當發生緩存不命中時,第 k 層的緩存從第 k 十1層緩存中取出包含 d 的那個塊,如果第 k 層的緩存已經滿了,可能就會覆蓋現存的一個塊。
覆蓋一個現存的塊的過程稱為替換( replacing )或驅逐( evicting )這個塊。被驅逐的這個塊有時也稱為犧牲塊( victim block )。決定該替換哪個塊是由緩存的替換策略( replace — ment policy )來控制的。例如,一個具有隨機替換策略的緩存會隨機選擇一個犧牲塊。一個具有最近最少被使用 LRU )替換策略的緩存會選擇那個最後被訪問的時間距現在最遠的塊。
在第 k 層緩存從第 k 十1層取出那個塊之後,程序就能像前面一樣從第 k 層讀出 d 了。例如,在圖6-22中,在第 k 層中讀塊12中的一個數據對象,會導致一個緩存不命中,因為塊12當前不在第 k 層緩存中。一旦把塊12從第 k 十1層復制到第 k 層之後,它就會保持在那裡,等待稍後的訪問。
3. 緩存不命中的種類
區分不同種類的緩存不命中有時候是很有幫助的。如果第 k 層的緩存是空的,那麼對
任何數據對象的訪問都會不命中。一個空的緩存有時被稱為冷緩存( cold cache ),此類不命中稱為強制性不命中( compulsory miss )或冷不命中( cold miss )。冷不命中很重要,因為它們通常是短暫的事件,不會在反復訪問存儲器使得緩存暖身( warmed up )之後的穩定狀態中出現。
只要發生了不命中,第 k 層的緩存就必須執行某個放置策略( placement policy ),確定把它從第 k 十1層中取出的塊放在哪裡。最靈活的替換策略是允許來自第 k +1層的任何塊放在第 k 層的任何塊中。對於存儲器層次結構中高層的緩存(靠近 CPU ),它們是用硬體來實現的,而且速度是最優的,這個策略實現起來通常很昂貴,因為隨機地放置塊,定位起來代價很高。
因此,硬體緩存通常使用的是更嚴格的放置策略,這個策略將第 k 十1層的某個塊限制放置在第 k 層塊的一個小的子集中(有時只是一個塊)。例如,在圖6-22中,我們可以確定第 k 十1層的塊 i 必須放置在第 k 層的塊( i mod 4)中。例如,第 k 十1層的塊0、4、8和12會映射到第 k 層的塊0;塊1、5、9和13會映射到塊1;依此類推。注意,圖6-22中的示例緩存使用的就是這個策略。
這種限制性的放置策略會引起一種不命中,稱為沖突不命中( conflict miss ),在這種情況中,緩存足夠大,能夠保存被引用的數據對象,但是因為這些對象會映射到同一個緩存塊,緩存會一直不命中。例如,在圖6-22中,如果程序請求塊0,然後塊8,然後塊0,然後塊8,依此類推,在第 k 層的緩存中,對這兩個塊的每次引用都會不命中,即使這個緩存總共可以容納4個塊。
程序通常是按照一系列階段(如循環)來運行的,每個階段訪問緩存塊的某個相對穩定不變的集合。例如,一個嵌套循環可能會反復地訪問同一個數組的元素。這個塊的集合稱為這個階段的工作集( working set )。當工作集的大小超過緩存的大小時,緩存會經歷容量不命中( capacity miss )。換句話說就是,緩存太小了,不能處理這個工作集。
4. 緩存管理
正如我們提到過的,存儲器層次結構的本質是,每一層存儲設備都是較低一層的緩存。在每一層上,某種形式的邏輯必須管理緩存。這里,我們的意思是指某個東西要將緩存劃分成塊,在不同的層之間傳送塊,判定是命中還是不命中,並處理它們。管理緩存的邏輯可以是硬體、軟體,或是兩者的結合。
例如,編譯器管理寄存器文件,緩存層次結構的最高層。它決定當發生不命中時何時發射載入,以及確定哪個寄存器來存放數據。L1、L2和L3層的緩存完全是由內置在緩存中的硬體邏輯來管理的。在一個有虛擬內存的系統中, DRAM 主存作為存儲在磁碟上的數據塊的緩存,是由操作系統軟體和 CPU 上的地址翻譯硬體共同管理的。對於一個具有像 AFS 這樣的分布式文件系統的機器來說,本地磁碟作為緩存,它是由運行在本地機器上的 AFS 客戶端進程管理的。在大多數時候,緩存都是自動運行的,不需要程序採取特殊的或顯式的行動。
6.3.2 存儲器層次結構概念小結
概括來說,基於緩存的存儲器層次結構行之有效,是因為較慢的存儲設備比較快的存儲設備更便宜,還因為程序傾向於展示局部性:
1）利用時間局部性: 由於時間局部性,同一數據對象可能會被多次使用。一旦一個數據對象在第一次不命中時被復制到緩存中,我們就會期望後面對該目標有一系列的訪問命中。因為緩存比低一層的存儲設備更快,對後面的命中的服務會比最開始的不命中快很多。
2）利用空間局部性: 塊通常包含有多個數據對象。由於空間局部性,我們會期望後面對該塊中其他對象的訪問能夠補償不命中後復制該塊的花費。現代系統中到處都使用了緩存。正如從圖6-23中能夠看到的那樣, CPU 晶元、操作系統、分布式文件系統中和萬維網上都使用了緩存。各種各樣硬體和軟體的組合構成和管理著緩存。注意,圖6-23中有大量我們還未涉及的術語和縮寫。在此我們包括這些術語和縮寫是為了說明緩存是多麼的普遍。
④ 計算機中存儲器Cache的基本原理是什麼虛擬內存的工作原理又是什麼
高速緩沖存儲器(Cache)：在多體交叉存儲器中可知，I/O向主存請求的級別高於CPU訪存，這就出現了CPU等待I/O訪存的現象，致使CPU空等一段時間，甚至可能等待幾個主存周期，從而降低了CPU的工作效率。為了避免CPU與I/O爭搶訪存，可在CPU與主存之間加一級緩存，這樣，主存可將CPU要取的信息提前送至緩存，一旦主存在與I/O交換時，CPU可直接從緩存中讀取所需信息，不必空等而影響效率。
從另一角度來看，主存速度的提高始終跟不上CPU的發展。據統計CPU的速度平均每年改進60％，而組成主存的動態RAM速度平均每年只改進7％，結果是CPU和動態RAM之間的速度間隙平均每年增大50％。因此也希望由高速緩存Cache來解決主存與CPU的不匹配問題。
Cache的出現主要解決CPU不直接訪問主存， 只與高速Cache交換信息。那麼，這是否可能呢?通過大量典型程序的分析，發現CPU從主存取指令或取數據在一定時間內，只是對主存局部地址區域的訪問。這是由於指令和數據在主存內都是連續存放的，並且有些指令和數據往往會被多次調用(如子程序循環程序和一些常數)，也即指令和數據在主存的地址分布不是隨機的，而是相對的簇聚，使得CPU在執行程序時，訪存具有相對的局部性，這就叫程序訪問的局部性原理。根據這一原理，很容易設想，只要將CPU近期要用到的程序和數據， 提前從主存送到Cache， 那麼就可以做到CPU在一定時間內只訪問Cache。一般Cache採用高速的SRAM製作，其價格比主存貴，但因其容量遠小於主存，因此能很好地解決速度和成本的矛盾。
磁碟緩沖區：硬碟的緩沖區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，通過緩沖區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，緩沖區的作用是相當重要的。它的作用也是提高性能，但是它與緩存的不同之處在於：一、它是容量固定的硬體，而不像緩存是可以由操作系統在內存中動態分配的。二、它對性能的影響大大超過磁碟緩存對性能的影響，因為如果沒有緩沖區，就會要求每傳一個字（通常是4位元組）就需要讀一次磁碟或寫一次磁碟。
虛擬內存：當內存不足時把一些還沒開始工作或者阻塞的進程以及相關資源從內存移到外存上（一般是磁碟），等進程被調度了再從外存把這些進程以及相關資源移到內存，外存上負責存儲這些臨時數據的部分就是虛擬內存。
⑤ 存儲器管理不包含的功能是
存儲器管理不包含的功能是緩沖管理。根據查詢相關資料信息顯示，存儲器管理的功能有內存保護、內存擴充、地址映射，不包含緩沖管理。存儲器管理的對象是主存，也稱內存。主要功能包括分配和回收主存空間、提高主存利用率、擴充主存、對主存信息實現有效保護。
⑥ 主存儲器 與 緩存 有什麼關系
一般來說緩存在CPU裡面,常聽說的就是一有緩存,二級緩存,
像比較新的酷睿四核的二級緩存可中8M
還有現在的硬碟也帶緩存,高端的是16M的緩存,一般是2M或8M
主存主是平常說的內存,不包含緩存,它本事就是一個高速存儲器.
速度:CPU緩存>內存>硬碟緩存>硬碟
⑦ 什麼是高速緩存存儲器
高速緩存英文是cache。一種特殊的存儲器子系統，其中復制了頻繁使用的數據，以利於CPU快速訪問。存儲器的高速緩沖存儲器存儲了頻繁訪問的 RAM 位置的內容及這些數據項的存儲地址。當處理器引用存儲器中的某地址時，高速緩沖存儲器便檢查是否存有該地址。如果存有該地址，則將數據返回處理器；如果沒有保存該地址，則進行常規的存儲器訪問。因為高速緩沖存儲器總是比主RAM 存儲器速度快，所以當 RAM 的訪問速度低於微處理器的速度時，常使用高速緩沖存儲器。
L1高速緩存，也就是我們經常說的一級高速緩存。在CPU裡面內置了高速緩存可以提高CPU的運行效率。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。採用回寫(Write Back)結構的高速緩存。它對讀和寫*作均有可提供緩存。而採用寫通(Write-through)結構的高速緩存，僅對讀*作有效。在486以上的計算機中基本採用了回寫式高速緩存。在目前流行的處理器中，奔騰Ⅲ和Celeron處理器擁有32KB的L1高速緩存，奔騰4為8KB，而AMD的Duron和Athlon處理器的L1高速緩存高達128KB。
L2高速緩存，指CPU第二層的高速緩存，第一個採用L2高速緩存的是奔騰 Pro處理器，它的L2高速緩存和CPU運行在相同頻率下的，但成本昂貴，市場生命很短，所以其後奔騰 II的L2高速緩存運行在相當於CPU頻率一半下的。接下來的Celeron處理器又使用了和CPU同速運行的L2高速緩存，現在流行的CPU,無論是AthlonXP和奔騰4，其L2高速緩存都是和CPU同速運行的。除了速度以外，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512KB，而伺服器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高達1MB-3MB。
——》1，高速緩存（Cache），全稱「高速緩沖存儲器」。
——》2，例如：當CPU處理數據時，它會先到高速緩存中去尋找，如果數據因之前的操作已經讀取而被暫存其中，就不需要再從主內存中讀取數據——由於CPU的運行速度一般比主內存快，因此若要經常存取主內存的話，就必須等待數個CPU周期從而造成浪費。
——》3，提供「高速緩存」的目的是為了讓數據存取的速度適應CPU的處理速度，其基於的原理是內存中「程序執行與數據訪問的局域性行為」。
——》4，現在Cache的概念已經被擴充了：不僅在CPU和主內存之間有Cache，而且在內存和硬碟之間也有Cache（磁碟高速緩存），乃至在硬碟與網路之間也有某種意義上的「Cache」（Internet臨時文件夾）。
——》5，凡是位於速度相差較大的兩種硬體之間的，用於協調兩者數據傳輸速度差異的結構，均可稱之為Cache。
——》6，所以硬碟和內存之間的Cache就叫做磁碟高速緩存。它是在內存中開辟一塊位置，來臨時存取硬碟中的數據。這項技術可使計算機讀寫時的存儲系統平均數據傳輸率提高5－10倍，適應了當前激增的海量數據存儲需求。
——》7，在DOS時代，我們用：
smartdrv 內存容量
命令來載入硬碟高速緩存。自從有了Windows後，我們就不需要載入硬碟高速緩存了，因為Windows本身有自己的高速緩存管理單元，如果強行使用smartdrv命令載入，反而會影響Windows的性能。
——》8，我們在用硬碟安裝Win2000/XP時候，系統會提示載入高速緩存，這是因為在安裝的初期還是DOS操作，所以為了達到讀存的速度，安裝程序要求載入高速緩存。