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寄存器与缓存的区别

发布时间:2019-07-17 08:30 来源:未知 编辑:admin

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  (寄存的意思是,暂时存放数据,不中每次从内存中取,它就是一个临时放数据的空间,火车站寄存处就是这个意思)

  而寄存器的数据又来源于内存。于是 CPU《---》寄存器《-----》内存 这就是它们之间的信息交换。

  因为如果老是操作内存中的同一址地的数据,就会影响速度。于是就在寄存器与内存之间设置一个缓存。

  缓存就把从内存提取的数据暂时保存在里面,如果寄存器要取内存中同一位置的东西,就不用老远巴巴地跑到内存中去取,直接从缓存中提取。

  因为从缓存提取的速度远高于内存。当然缓存的价格肯定远远高于内存,不然的话,机器里就没有内存的存在,只有缓存的存在了,但如果全是缓存,相信没有几个人买 得起计算机了。

  由此可以看出,从远近来看: CPU〈------〉寄存器〈----》缓存《-----》内存

  注意一下,寄存器并不每次数据都可以从缓存中取得数据,万一不是同一个内存地址中的数据,那寄存器还必须

  直接绕过缓存从内存中取数据。所以并不每次都得到缓存中取数据,这就是缓存的命中率,从缓存中取就命中,不从缓存中取从内存中取,就没命中。当然关于缓存命中率又是一门学问,哪些留在缓存中,哪些不留在缓存中,都是命中的算法。

  从经济和速度的综合考虑,又有了一级缓存和二级缓存,当然一级缓存价格远高于二级缓存,它们的作用类似,但速度上一级缓存速度明显高于二级缓存,因为价格的原因就设置了二级缓存,也不知道将来 会不会能三级缓存呢?

  高速缓存(英语:cache,英语发音:/kæʃ/ kash [1][2][3],简称缓存),其原始意义是指访问速度比一般随机存取存储器(RAM)快的一种RAM,通常它不像系统主存那样使用DRAM技术,而使用昂贵但较快速的SRAM技术。

  Cache一词来源于1967年的一篇电子工程期刊论文。其作者将法语词“cache”赋予“safekeeping storage”的涵义,用于电脑工程领域。

  当CPU处理数据时,它会先到Cache中去寻找,如果数据因之前的操作已经读取而被暂存其中,就不需要再从随机存取存储器(Main memory)中读取数据——由于CPU的运行速度一般比主内存的读取速度快,主存储器周期(访问主存储器所需要的时间)为数个时钟周期。因此若要访问主内存的话,就必须等待数个CPU周期从而造成浪费。

  提供“缓存”的目的是为了让数据访问的速度适应CPU的处理速度,其基于的原理是内存中“程序执行与数据访问的局域性行为”,即一定程序执行时间和空间内,被访问的代码集中于一部分。为了充分发挥缓存的作用,不仅依靠“暂存刚刚访问过的数据”,还要使用硬件实现的指令预测与数据预取技术——尽可能把将要使用的数据预先从内存中取到缓存里。

  CPU的缓存曾经是用在超级计算机上的一种高级技术,不过现今电脑上使用的的AMDIntel微处理器都在芯片内部集成了大小不等的数据缓存和指令缓存,通称为L1缓存(L1 Cache即Level 1 On-die Cache,第一级片上高速缓冲存储器);而比L1更大容量的L2缓存曾经被放在CPU外部(主板或者CPU接口卡上),但是现在已经成为CPU内部的标准组件;更昂贵的CPU会配备比L2缓存还要大的L3缓存(level 3 On-die Cache第三级高速缓冲存储器)。

  如今缓存的概念已被扩充,不仅在CPU和主内存之间有Cache,而且在内存和硬盘之间也有Cache(磁盘缓存),乃至在硬盘与网络之间也有某种意义上的Cache──称为Internet临时文件夹或网络内容缓存等。凡是位于速度相差较大的两种硬件之间,用于协调两者数据传输速度差异的结构,均可称之为Cache。

  由于主存容量远大于CPU缓存的容量,因此两者之间就必须按一定的规则对应起来。地址镜像就是指按某种规则把主存块装入缓存中。地址变换是指当按某种镜像方式把主存块装入缓存后,每次访问CPU缓存时,如何把主存的物理地址(Physical address)或虚拟地址(Virtual address)变换成CPU缓存的地址,从而访问其中的数据。

  主存容量远大于CPU缓存,磁盘容量远大于主存,因此无论是哪一层次的缓存都面临一个同样的问题:当容量有限的缓存的空闲空间全部用完后,又有新的内容需要添加进缓存时,如何挑选并舍弃原有的部分内容,从而腾出空间放入这些新的内容。解决这个问题的算法有几种,如最久未使用算法(LRU)、先进先出算法(FIFO)、最近最少使用算法(LFU)、非最近使用算法(NMRU)等,这些算法在不同层次的缓存上执行时拥有不同的效率和代价,需根据具体场合选择最合适的一种。

  磁盘缓存(Disk Buffer)或磁盘快取(Disk Cache)实际上是将下载到的数据先保存于系统为软件分配的内存空间中(这个内存空间被称之为“内存池”),当保存到内存池中的数据达到一个程度时,便将数据保存到硬盘中。这样可以减少实际的磁盘操作,有效的保护磁盘免于重复的读写操作而导致的损坏。

  磁盘缓存是为了减少CPU透过I/O读取磁盘机的次数,提升磁盘I/O的效率,用一块内存来储存存取较频繁的磁盘内容;因为内存的存取是电子动作,而磁盘的存取是I/O动作,感觉上磁盘I/O变得较为快速。

  相同的技巧可用在写入动作,我们先将欲写入的内容放入内存中,等到系统有其它空闲的时间,再将这块内存的资料写入磁盘中。

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