过期罐头电脑论坛-win7、win10雨人系统下载

过期罐头电脑论坛

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 150|回复: 0
收起左侧

[硬件DIY] CPU缓存对电脑性能的整体影响有多大?详细认识CPU缓存

[复制链接]
发表于 2019-11-27 07:19:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
发贴请勿包含网站外链(直接下载地址和网盘除外),屡犯者将封禁ID、网址永久屏蔽,www.gqgtpc.com感谢支持!
  CPU缓存对电脑性能的整体影响有多大?详细认识CPU缓存
  

  
  

  都想选到价格公道,性能合理的CPU,也就是通常说的性价比,花同样的钱用到最好的CPU,通常我们都会关注CPU的主频、倍频、缓存、制作工艺等,那么CPU的缓存对CPU性能的影响有多大,不同阶段CPU的缓存的影响是否一样呢,此文引领我们详细了解CPU缓存!
  
  

  现在大家看到的CPU缓存一般分三级,就是一级缓存(L1 Cache)、二级缓存(L2 Cache)和三级缓存(L3 Cache),它们的位置、大小、作用差别都很大,咱们分别说说。
   1574400755671.png
   1574400757181.png
  CPU的一级缓存一般做在CPU的每个核心内部,因为空间受限,不会很大,都是几十kB。它们的任务是存储核心计算时候的暂时性数据,可以说是每个核心自用的小内存,更形象地说就是给每个核心童鞋计算时配的草稿纸。
   1574400756809.png
  二级缓存同样是跟着每个核心的,一般有几百kB,它也只存储每个核心自己的数据,这点类似更大但更慢的一级缓存。此外它存储的是比较“成型”的数据结果,这些数据要和三级缓存做交流的。形象地说,就是除了草稿之外,也存了不少核心童鞋需要处理和已经做完,要上交的作业、试卷。
   1574400909414.jpg
  三级缓存可就大了,现在主流CPU的配备都是成MB的,一般是整个CPU或者其中的某几个核心共用。它首先是多个核心的“会议桌”,相互间的数据交换都在这里进行,当然内置显示核心也要使用。另外它也和硬盘等配件的缓存一样,负责和内存交换数据。
   1574400756992.jpg
  一般来说,英特尔和AMD的一、二级缓存容量差不多,但三级差别很大,比如同样是中端CPU,锐龙5就有十几、几十MB的三级缓存,酷睿i5只有几MB,高端就差更多了。这样锐龙就可以靠大缓存把尽量多数据放在身边,减少对内存的依赖,提升性能,从现在对锐龙大量的“真香”评论可以看出,这招真的很管用。
   1574400756193.png
   1574400756704.png
  虽然用第三代锐龙的超大缓存举例有点极端,不过挺能说明问题,就是“核心效率不够高,缓存帮你性能提一提”。所以在选择CPU的时候,如果感觉核心有点过时,或者频率有点低的话,不妨看一看缓存,如果缓存比对手大不少,那么还是可以考虑的,其实低频率的笔记本CPU常常也是这样做的哦。
  参考文章:
  CPU缓存是什么?
  CPU缓存的定义为CPU与内存之间的临时数据交换器,它的出现是为了解决CPU运行处理速度与内存读写速度不匹配的矛盾——缓存的速度比内存的速度快多了。CPU缓存一般直接跟CPU芯片集成或位于主板总线互连的独立芯片上。(现阶段的CPU缓存一般直接集成在CPU上)CPU往往需要重复处理相同的数据、重复执行相同的指令,如果这部分数据、指令CPU能在CPU缓存中找到,CPU就不需要从内存或硬盘中再读取数据、指令,从而减少了整机的响应时间。
  
  CPU-缓存-主内存图示,图片来自:CPU Caches
  CPU缓存速度和内存速度差多少?
  我们来简单地打个比方:如果CPU在L1一级缓存中找到所需要的资料要用的时间为3个周期左右,那么在L2二级缓存找到资料的时间就要10个周期左右,L3三级缓存所需时间为50个周期左右;如果要到内存上去找呢,那就慢多了,可能需要几百个周期的时间。
  
  I3-8300处理器技术规格
  对CPU缓存有一定了解了吗,让我们再深入一点。以Intel为例,Intel官网上产品-处理器界面内对缓存的定义为:“CPU高速缓存是处理器上的一个快速记忆区域。英特尔智能高速缓存(SmartCache)是指可让所有内核动态共享最后一级高速缓存的架构。”这里就提及到了最后一级高速缓存的概念,即为CPU缓存中的L3(三级缓存),那么我们继续来解释一下什么叫三级缓存,分别又是指哪三级缓存。
  
  CPU-缓存-主内存图示,图片来自:CPU Caches
  三级缓存(L1、L2、L3)是什么?
  以近代CPU的视角来说,三级缓存(包括L1一级缓存、L2二级缓存、L3三级缓存)都是集成在CPU内的缓存,它们的作用都是作为CPU与主内存之间的高速数据缓冲区,L1最靠近CPU核心;L2其次;L3再次。运行速度方面:L1最快、L2次快、L3最慢;容量大小方面:L1最小、L2较大、L3最大。CPU会先在最快的L1中寻找需要的数据,找不到再去找次快的L2,还找不到再去找L3,L3都没有那就只能去内存找了。L1、L2、L3可以说是各有特点,下面我们就分开来讲一下。
  一级缓存(L1 Cache)
  一级缓存这个名词出现应该是在Intel公司Pentium处理器时代把缓存开始分类的时候,当时在CPU内部集成的CPU缓存已经不能满足整机的性能需求,而制造工艺上的限制不能在CPU内部大幅提高缓存的数量,所以出现了集成在主板上的缓存,当时人们把CPU内部集成的CPU缓存成为一级缓存,在CPU外部主板上的缓存称为二级缓存。
  
  

  Intel Pentium 4
  而一级缓存其实还分为一级数据缓存(Data Cache,D-Cache,L1d)和一级指令缓存(Instruction Cache,I-Cache,L1i),分别用于存放数据及执行数据的指令解码,两者可同时被CPU访问,减少了CPU多核心、多线程争用缓存造成的冲突,提高了处理器的效能。一般CPU的L1i和L1d具备相同的容量,例如I7-8700K的L1即为32KB+32KB。
  二级缓存(L2 Cache)
  随着CPU制造工艺的发展,本来处于CPU外部的二级缓存也可以轻易地集成进CPU内部,这种时候再用缓存是否处于CPU内部来判断一二级缓存已经不再确切。集成进CPU的L2二级缓存运行速率渐渐可以跟上CPU的运行速度了,其主要作用为当CPU在L1中没读取到所需要的数据时再把数据展示给CPU筛选(CPU未命中L1的情况下继续在L2寻求命中,缓存命中的工作原理我们稍后再讲)。
  L2二级缓存比L1一级缓存的容量要更大,但是L2的速率要更慢,为什么呢?首先L2比L1要更远离CPU核心,L1是最靠近CPU核心的缓存,CPU需要读取L2的数据从物理距离上比L1要更远;L2的容量比L1更大,打个简单的比喻,在小盒子里面找东西要比在大房间里面找要方便快捷。这里也可以看出,缓存并非越大越好,越靠近CPU核心的缓存运行速率越快越好,非最后一级缓存的缓存容量自然是够用即可。
  
  

  Core Duo酷睿双核处理器
  L2二级缓存实际上就是L1一级缓存跟主内存之间的缓冲器,在2006年的时间点上,Intel和AMD当家在售的几款处理器可以看出他们对最后一级缓存不同的见解:Intel Core Duo不同于它的前辈Pentium D、EE,采用了双核心共享的2M L2二级缓存,是属于当时最先二级缓存架构,即“Smart Cache”共享缓存技术,这种技术沿用到以后的Intel推出的所有多核心处理器上;而AMD Athlon 64 X2处理器则是每个CPU核心都具备独立的二级缓存,Manchester核心的处理器为每核心512KB、Toledo核心为每核心1MB,两个核心之间的缓存的数据同步是通过CPU内置的SRI(系统请求接口)控制,这样的数据延迟及占用资源情况都要比Intel的Pentium D、EE核心要好,但还是比不上Core为代表的Smart Cache缓存共享。
  三级缓存(L3 Cache)
  最初出现L3三级缓存的应该是AMD的K6-III处理器,当时受限于制造工艺,L3只能集成在主板上。然后Intel首次出现L3三级缓存的是Itanium安腾服务器处理器,接着就是P4EE和至强MP。L3三级缓存的出现其实对CPU性能提升呈一个爬坡曲线——L3从0到2M的情况CPU性能提升非常明显,L3从2M到6M提升可能就只有10%不到了,这是在近代CPU多核共享L3的情况下;当L3集成进CPU正式成为CPU内部缓存后,CPU处理数据时只有5%需要在内存中调用数据,进一步地减少了内存延迟,使系统的响应更为快速。
  
  Intel Nehalem L3 SmartCache示意图
  同理,L3即为L2与主内存之间的缓冲器,主要体现在提升处理器大数据处理方面的性能,对游戏表现方面有较大的帮助。那么也许有人就会问了,是不是选择CPU的时候看准L3买,哪个CPU的L3大就买哪个?非也,只有同架构的情况下这种比较才具有意义,先举个比较久远的例子:Intel具备1MB L3的Xeon MP处理器仍然不是AMD没有L3的皓龙处理器对手,再来个现有的:Intel I7-8700K 12MB L3和AMD Threadripper 1950X 32MB L3相比,自然是32MB比12MB大,但是平均下来也是一个核心2MB L3,性能就见仁见智了。
  CPU缓存是怎样帮助CPU工作的呢
  知道了L1、L2、L3的由来,我们再深入地了解一下CPU缓存是怎么帮助CPU提高工作效率的。
  
  局限性原理,图片来自:CMU
  由于数据的局限性,CPU往往需要在短时间内重复多次读取数据,内存的运行频率自然是远远跟不上CPU的处理速度的,怎么办呢?缓存的重要性就凸显出来了,CPU可以避开内存在缓存里读取到想要的数据,称之为命中(hit)。L1的运行速度很快,但是它的数据容量很小,CPU能在L1里命中的概率大概在80%左右——日常使用的情况下;L2、L3的机制也类似如此,这样一来,CPU需要在内存中读取的数据大概为5%-10%,其余数据命中全部可以在L1、L2、L3中做到,大大减少了系统的响应时间,总的来说,所有CPU读取数据的顺序都是先缓存再内存。
  L1、L2、L3缓存跟内存速度相差很大,它们构成上的不同导致了其速度的差距,那么CPU缓存和内存分别是怎样构成的呢?
  缓存SRAM与内存DRAM的区别
  CPU缓存基本由SRAM(Static RAM,静态RAM)构成,内存的DRAM其实是SDRAM(同步动态随机储存器),是DRAM(Dynamic RAM,动态)的一种。
  
  DRAM
  DRAM只含一个晶体管和一个电容器,集成度非常高,可以轻松做出大容量(内存),但是因为靠电容器来储存信息,所以需要不断刷新补充电容器的电荷,充电放电之间的时间差导致了DRAM比SRAM的反应要缓慢得多。
  
  SRAM
  SRAM相比DRAM的复杂度就高了不止一筹,所以导致SRAM的集成度很低——前期CPU缓存不能集成进CPU内部也有这个原因。SRAM的特点就是快,有电就有数据,不需要刷新时间所以凸显其数据传输速度很快,缺点就是占据面积大、成本低。假如一个DRAM占据一个单位的地方,一个SRAM就要占据六个单位的地方,差别还是挺大的。
  番外:L4四级缓存和eDRAM
  
  

  I7-4750H
  并不是每个CPU都会使用SRAM作为CPU缓存,IBM的Power系列处理器就使用了eDRAM作为CPU缓存;我们再看看Intel Haswell I7-4750H这个CPU,其主要受关注的地方在于CPU内嵌入了128MB的eDRAM作为显存让核心显卡Iris Pro 5200使用,在不使用核心显卡的时候,128MB eDRAM将会成为处理器的L4四级缓存。当然了,I7-4750H多了L4之后在处理器性能上也没提高多少,eDram缓存的主要作用还是在于给核心显卡当显存上。

楼主热帖
[Windows7] Windows7 数据从旧电脑传输到新电脑上操作
[操作系统] 系统进程CPU占用率100%的状况 与解决
[Windows7] 是什么让你在使用操作系统的时候体验到了乐趣
[婚庆_婚礼策划] 时尚婚礼上的歌曲介绍
[Windows7] Windows7 怎么安装和卸载IE10浏览器?
[操作系统] CMD命令也可以进入任意盘的文件夹
[电脑组装维修] NMC-S 激光打标机常见故障解决方案
[婚庆_婚礼策划] 主题婚礼策划 浪漫的薰衣草婚礼
[Windows7] Win7任务管理器对进程了如指掌
[Windows7] 解决windows 7系统显示器分辨率1680x1050问题

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

win7 64位旗舰版下载|win10系统下载|win7旗舰版|联系我们|网站地图|过期罐头电脑论坛

GMT+8, 2019-12-13 13:53 , Processed in 0.055664 second(s), 35 queries .

官方免责声明:本站内容来自网友和互联网.若侵犯到您的版权.请致信联系,我们将第一时间删除相关内容!

Powered by Discuz!

过期罐头电脑论坛

win7旗舰版_windows10

快速回复 返回顶部 返回列表