2022年2022年计算机CPU一级二级三级缓存介绍 .pdf

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1、计算机 CPU一级二级三级缓存介绍一级二级三级缓存谁比较重要一级最重要，但是现在CPU的一级缓存几乎都一样，所以忽略。二级缓存的话对于Intel 的 CPU是很重要的， Intel 的 CPU的二级缓存越大性能提升非常明显，而AMD 的 CPU虽然二级缓存也很重要，但是二级缓存大小对AMD 的 CPU的性能提升不是很明显。三级缓存其实只是做了个辅助的作用，除了服务器，其实对大多数家庭机没什么用的，内存还是很重要的，但如果运行大型程序或游戏来说三级缓存就显得重要了，目前新型 CPU已经有三级缓存了。所以说现在衡量CPU性能除了频率外就是二级缓存的大小了。从理论上讲，二级缓存越大处理器的性能越好，

2、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。2006 年， 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。到 2009 年已经有1m，2m 的了。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。5 编辑本段主频、二级缓存和三级缓存哪个更重要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

3、，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。cpu 的二级缓存和三级缓存的大小，并不是衡量cpu 的性能的唯一标准，还得看cpu 的主频，制程，比如说45 纳米的就比65 纳米的好， 还要稍微注意一下它支持的指令集，还得看是谁的产品， 二级缓存对于intel

4、的产品来说很重要但二级缓存对于AMD 来说就不像intel那么重要，因为AMD 除了有二级缓存之外还有三级缓存。要说主频、 二级缓存和三级缓存哪个更重要，这个问题完全还要看你使用电脑追求什么了，主要执行什么任务。主频高运算速度快，二级缓存（L2）和三级缓存（ L3）起到内存和CPU之间的缓冲作用， 缓解内存和CPU速度不匹配问题起到提高CPU执行效率。所以大 L2、L3 在 CPU长时间大量数据处理的时候效率会比较高。高主频在短时间内少量数据的处理上会比较快，其实3 项这都很重要，哪一项达不到一定标准都会出现瓶颈效应。运作原理其运作原理在于使用较快速的储存装置保留一份从慢速储存装置中所读取数据

5、且进行拷贝，当有需要再从较慢的储存体中读写数据时，CACHE能够使得读写的动作先在快速的装置上完成，如此会使系统的响应较为快速。编辑本段三级缓存分类Cache （三级缓存） ，分为两种，早期的是外置，以后的升级产品都是内置的。而它的实际作用即是，L3 缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器

6、领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3 缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O 子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3 缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。其实最早的L3缓存被应用在AMD 发布的 K6-III 处理器上，当时的 L3 缓存受限于制造工艺，并没有被集成进芯片内部，而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的L3 缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium 处理器。 接着就是 P4EE和至强 MP。Intel 还打算推出一款9MB L3 缓存的 Itanium

7、2 处理器，和以后 24MB L3 缓存的双核心Itanium2 处理器。但基本上 L3 缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MB L3 缓存的 Xeon MP 处理器却仍然不是Opteron 的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加带来更有效的性能提升。编辑本段二级缓存威力有多大二级缓存大小影响电脑性能和价格二级缓存价格首先来算一笔小账（2009 年 02 月） ，关于 Intel 处理器的二级缓存：二级缓存 512K 的赛扬双核E1200 只要 270 元，二级缓存1M 的奔腾双核E2140 售价为370 元，需要花费 100 元来购买这额外的512K缓存； 二级缓存 2M

8、 的酷睿 2 E4300 或者奔腾双核 E5200 的售价在550 元以上，这就意味着得再出200 元来购买这额外的1M 二级缓存；二级缓存 3M 的酷睿 2 E7200 售价 750 元，又得掏出200 元来购买这额外的1M 二级缓存；二级缓存 4M/6M 的酷睿 2 系列处理器依次类推. 不管酷睿 2、奔腾双核还是赛扬双核，他们的核心架构其实是完全相同的，频率可以随意更改，唯一不同的就是二级缓存。可以毫不夸张地说，Intel 就是在卖二级缓存，200 块钱1M。事实上历年来Intel 都是通过二级缓存的大小来划分产品线，初期只有奔腾和赛扬两种规格，到了酷睿 2 时代 Intel 达到了登峰

9、造极的境界：仅仅是双核产品就拥有512K、 1M、 2M、3M、4M、6M 多达六个版本， 四核产品也有4M、6M、8M、12M 四个版本， 令人眼花缭乱！Intel 细分产品线的策略在每个价位都提供了优秀的产品，但也给广大用户制造了前所未有的困惑：到底多大二级缓存才够用？二级缓存发展纵观英特尔处理器的发展，且不论核心架构如何改变，以级数增长的二级缓存是最直观的。奔腾4 时代 0.18 微米工艺的Willamette 拥有 256K 二级缓存， 0.13 微米的 Northwood核心拥有 512K，后期 0.09 微米的 Prescott 一度增大到1M。到了酷睿时代， 在架构发生了翻天覆地

10、的变化的同时，65 纳米工艺让二级缓存再次翻倍，即便是刚推出时低端酷睿的代表Allendale 核心，二级缓存也达到了2M，高端酷睿更是拥有4M 的二级缓存。进入45nm 工艺后，二级缓存的容量进一步加大，高端 E8X00系列二级缓存达到了惊人的6M， 低端 E7X00也达到了 3M 之多，至此Intel 从 512K到 6M 甚至 12M 实现了二级缓存的无缝衔接 。1 市场中没有永远的落后者，当AMD 进入 45nm 时代， Phenom II 的到来， AMD 也能通过核心数量和缓存的搭配，设计出定位不同市场的CPU。编辑本段三级缓存的性能影响而三级缓存对性能影响时高时低。在游戏方面，

11、提升三级缓存的容量对游戏的性能影响很大，虽然对一般家用机没有什么用，但是如果是网吧机或者是发烧机提升三级缓存的容量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 还是会有显著的性能提升的。虽然三级缓存也能为PC带来显著的性能提升，但毕竟三级缓存是作用于服务器的，对PC来说，三级缓存还是只能做个辅助作用，在其他参数相同的情况下， 三级缓存容量越大，则性能更好，如果其他参数不相同的话，这时三级缓存的作用就不明显了。不管三级缓存的作用

12、大不大，它也是为电脑发展作出贡献的参数之一。编辑本段三级缓存的历程纵观 AMD Phenom 处理器的发展，核心架构的改进相对有限，而三级缓存的变化是最直观的。从早从硬件系统配置看三级缓存期 Phenom 的 2MB 三级缓存，猛增至Phenom II 的 6MB 三级缓存，而为了市场的需要，又推出了采用Phenom II 架构但没有三级缓存的Athlon X4。 而 AMD 处理器独有的双核、 三核、四核架构，加上缓存的不同搭配，一时间，AMD 处理器呈现出门丁兴旺的景象。对于 AMD 的用户来说，多是追求性价比的用户，而AMD 处理器这样的现象，对用户即是好事也是坏事，好是用户的选择更多了

13、，坏的是用户对CPU 的选择无所适从。而细细观察， AMD 处理器百龙争宠的现象，无外乎是核心与缓存搭配的结果。那么，究竟核心数量还是缓存大小对性能影响大，用户花高价格买四核值不值？缓存和核心的平衡点在哪里？与 65nm Phenom 相比，新一代45nm Phenom II 最大的变化就是升级到了45nm SOI 沉浸式光刻生产工艺，好处就是主频更高、功耗更低、集成度更高，特别是三级缓存从2MB猛增到了 6MB！三级缓存翻了三倍，自然需要付出一定的代价，通过Phenom 和 Phenom II 芯片示意图的对比，就能略知一二了：Brcelona/Agena集成了4.68 亿个晶体管，核心（D

14、ie）面积大约285 平方毫米，Shanghai/Deneb 的晶体管增加了62，多达7.58 亿个，但核心面积却减小了9.5，只有258 平方毫米，新工艺的好处可见一斑。晶体管数量增加如此之多主要就是因为三级缓存的大幅扩容，这部分在整个核心里的面积比例也从大约六分之一提高到了足有三分之一。编辑本段AMD 关于三级缓存的态度第一，三级缓存容量在服务器领域的作用更明显，不过如果服务器和桌面处理器采用不同的架构，必然会提高生产难度和成本，故而带到了桌面上；第二，在桌面上，三级缓存从2MB 增加到 6MB 可以带来大约5的性能提升，实际测试也证明了这一点；第三， 从前边的数据看出，三级缓存增加了两倍

15、，但得益于生产工艺的改进，核心面积反而更小了，成本也更低。熟悉 Intel Nehalem Core i7（酷睿 i7）处理器的人一定想到了，Intel 也使用了同样的大容量共享三级缓存设计，且容量多达8MB ，也占据了整个核心面积的三分之一左右，不同之处在于Core i7 每核心一级缓存和二级缓存只有64KB 和 256KB，都比 Phenom/Phenom II少一半。有趣的是， 同样基于45nm 工艺的 Core i7集成了 7.31 亿个晶体管， 比 Phenom II 略少，但核心面积却稍大一些，为263 平方毫米。从成本的角度来算一笔帐，通过 Phenom II X4 的芯片结构示

16、意图可以看出，三级缓存所占芯片面积比两颗核心以及L1L2加起来还要多， 如此一来即便是屏蔽了一颗核心的Phenom 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - II X3，其成本也并不低，这对于主打性价比路线的AMD 来说，利润损失会比较大。于是， AMD 在发布 Phenom II X4、X3 处理器之后，也在积极准备定位主流中低端的产品，用以取代征战多年的Athlon 64 X2 系列。由于L3 成本较高，因此AMD 把

17、 Phenom II X4的三级缓存彻底删去（注意不是屏蔽），Athlon X4 会很快与大家见面。如此一来，人们就可以通过对比评测，轻松了解到AMD 的 Phenom II 架构处理器中，6M L3 对性能的贡献有多大，也能提前了解拥有完整L3但却少一颗核心的Phenom II X3 强呢，还是没有L3 的但却有四颗核心的Athlon X4 强？相信很多朋友都会挺感兴趣的。AMD 已上市的Phenom II 920（6M L3）和 Phenom 9850（2M L3） ，还有一颗神秘的没有L3 的 Athlon X4 工程样品，让他们都工作在200*14=2.8GHz 频率下，这样就能直观的

18、对比6M/2M/0M三级缓存所造成的性能差异。另外还加入了刚刚发布的Phenom II X3 720 处理器，它拥有完整的6M 三级缓存，但少一颗核心， 这样可以反映出多一颗核心的贡献大还是6M L3 的贡献更大？测试结果表明，从CPU架构上看，缓存对性能的影响很大，但Athlon X4 的表现，尤其是在大量运算过程中，力压上代拥有完整3 级缓存的 9850，内存带宽的优势不言而喻。2 编辑本段Intel（ 16MB 三级缓存） 6 核处理器首先推向市场的是高端桌面PC 处理器品牌酷睿i7 和针对高能效服务器市场的Nehalem-EP，预计 2009 年第四季度即可上市。随后，新架构产品会陆续

19、推出，包括针对可扩展服务器市场的Nehalem-EX，桌面市场的Havendale 和 Lynnfield，移动市场的Auburndale和 Clarksfield，预计都在2009 年下半年登场。下一代 Core 微架构（ Nehalem）处理器均从4 核起跳，但同时采用了Hyper-Threading技术，可同时处理8 个线程。 Core i7 支持 Turbo Mode 和 Power Gates 技术，在不需要多线程运算时，可令闲置核心完全关闭。各个核心可以工作在不同的电压/频率下，单独提高某一核心频率的Turbo Mode 模式可显著提升单线程应用性能。Intel 还同时发布了首款6

20、 核心处理器， 针对多路服务器市场的DunningtonXeon X7460 ，内建 16MB L3 缓存，在 2008 年 9 月上市，是Intel 在转向 Nehalem 微架构之前的最后一颗45nm 酷睿 2 微架构处理器。采用该处理器的服务器机型已经打破了多项世界纪录，包括8路 48 核的 IBM System x3950 M2 服务器在TPC Benchmark C 数据库测试中首次突破100 万tpmC，4 路系统惠普Proliant DL580 G5 打破 TPC-C纪录， 戴尔 PowerEdge R900打破 TPC-E纪录， Sun Fire X4450 打破SPECjbb

21、 2005 纪录，富士通西门子PRIMERGY RX600 S4 打破SPECint_rate2006纪录。 3 编辑本段无三级缓存版AMD 45nm 处理器在工艺进步、技术完善后，AMD 的 45nm 新桌面处理器将拥有齐全的五个子系列，其中拥有三级缓存的属于Phenom II 品牌， 精简掉三级缓存的则仍沿用Athlon 品牌（不知道为何不是 Athlon II） 。至于 Sempron 品牌，很快就会退休了。最高端的 Phenom II X4 900/800 系列四核心代号Deneb，二级缓存4512KB，三级缓存前者 6MB、 后者精简到4MB。 这两个系列都将于明年1 月份率先发布，

22、 其中首批两款AM2+接口的 Phenom II X4 940/920 会在 1 月 8 日的 CES 2009 大展上首发，之后的全部改用AM3接口。三核心系列 Phenom II X3 700 代号 Heka， 二级缓存 3512KB， 三级缓存为完整的6MB，将在明年 2 月份跟进。除了这两个系列，AMD 还准备了没有三级缓存的版本，而且在设计之初就没有加入三级缓存，而不是简单的屏蔽版本，不会造成浪费。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - -

23、- - - - - - - 其中四核心将是Athlon X4 600 系列， 代号 Propus， 二级缓存4512KB， 三核心是 Athlon X3 400系列，代号Rana，二级缓存3512KB，二者都会在明年4 月份登场。最后是代号Regor 的Athlon X2 200 系列双核心， 二级缓存21MB，比其它系列多出一倍，不过发布时间也最晚，要到明年6 月才会推出， 目的是避免和现有的旧架构型号产生冲突。芯片组方面，现在的AMD 7 系列主板在更新BIOS就能支持新处理器，具体视主板厂商的技术支持而定。 另外 AMD 将在 2009 年上半年推出新的8 系列整合芯片组， 其中 RS880和 RS880C搭配 SB750南桥， RS880D和 RS890搭配下一代SB800 。4. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -