CPU一级缓存与二级缓存深度分析

Imagination Tech 2018-04-16 10:52 次阅读

CPU缓存:通过优化的的读取机制,可以使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内核集成的缓存称为一级缓存(L1 cache),而外部的称为二级缓存(L2 Cache);后来随着生产技术的不断提高,最终二级缓存也被挪进了CPU当中。通常一级缓存中还分数据缓存(Data Cache, D-Cache)和指令缓存(Instruction Cache, I-Cache)。二者分别用来存放数据和执行这些数据的指令,而且两者可以同时被CPU访问,减少了争用Cache所造成的冲突,提高了CPU效能。

CPU的一级缓存通常都是静态RAM,速度非常的快,但是静态RAM集成度低(存储相同的数据,静态RAM的体积是动态RAM的6倍),而且价格也相对较为昂贵(同容量的静态RAM是动态RAM的四倍)。

扩大静态RAM作为缓存是一个不太合算的做法,但是为了提高系统的性能和速度又必须要扩大缓存,这就有了一个折中的方法:在不扩大原来的静态RAM缓存容量的情况下,仅仅增加一些高速动态RAM做为L2级缓存。高速动态RAM速度要比常规动态RAM快,但比原来的静态RAM缓存慢,而且成本也较为适中。一级缓存和二级缓存中的内容都是内存中访问频率高的数据的复制品(映射),它们的存在都是为了减少高速CPU对慢速内存的访问。

二级缓存是CPU性能表现的关键之一,在CPU核心不变化的情况下,增加二级缓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级缓存上存在差异,由此可见二级缓存对CPU的重要性。

CPU在缓存中找到有用的数据被称为命中,当缓存中没有CPU所需的数据时(这时称为未命中),CPU才访问内存。从理论上讲,在一颗拥有二级缓存的CPU中,读取一级缓存的命中率为80%。也就是说CPU一级缓存中找到的有用数据占数据总量的80%,剩下的20%从二级缓存中读取。由于不能准确预测将要执行的数据,读取二级缓存的命中率也在80%左右(从二级缓存读到有用的数据占总数据的16%)。那么还有的数据就不得不从内存调用,但这已经是一个相当小的比例了。

目前的较高端CPU中,还会带有三级缓存,它是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存,在拥有三级缓存的CPU中,只有约5%的数据需要从内存中调用,这进一步提高了CPU的效率,从某种意义上说,预取效率的提高,大大降低了生产成本却提供了非常接近理想状态的性能。除非某天生产技术变得非常强,否则内存仍会存在,缓存的性能递增特性也仍会保留。

原文标题:讲一讲CPU的一级缓存与二级缓存

文章出处:【微信号:Imgtec,微信公众号:Imagination Tech】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

AVR单片机入门教程之AVR单片机内核的详细资料概述

AVR采用了哈佛(Harvard)结构,即程序和数据总线分离,且具有预取指令功能,即CPU在执行一条....

发表于 10-22 17:15 13次 阅读
AVR单片机入门教程之AVR单片机内核的详细资料概述

单片机的构成及功能特点解析

单片机是一种控制芯片,一个微型的计算机,而加上晶振,存储器,地址锁存器,逻辑门,七段译码器(显示器)....

发表于 10-22 15:23 27次 阅读
单片机的构成及功能特点解析

PIC单片机中断执行的步骤及过程

系统初始化的时候会打开总中断控制位(GIE),打开某个中断控制位,如果是外围中断还要打开外围中断控制....

发表于 10-22 15:04 31次 阅读
PIC单片机中断执行的步骤及过程

TE0725无法识别超RAM IP驱动程序

你好, 我在你的工作hyperram Vivado 2015.4版本的IP,但是当我口我的硬件设计的SDK,它无法识别超RAM IP驱动程序。...

发表于 10-22 14:37 45次 阅读
TE0725无法识别超RAM IP驱动程序

澳大利亚的Xeon Gold CPU都在哪里?

澳大利亚的所有Xeon Gold CPU都在哪里? 花了很多年才能得到。 至强黄金5522 至强黄金6128 至强黄金6134 问候, 肖恩...

发表于 10-22 11:28 22次 阅读
澳大利亚的Xeon Gold CPU都在哪里?

i9-9900K开盖 使用了钎焊散热后实际效果如何

2010年的第二代酷睿(Sandy Bridge)之后,高级钎焊散热终于在九代酷睿(Coffee L....

发表于 10-22 11:16 34次 阅读
i9-9900K开盖 使用了钎焊散热后实际效果如何

i5-9600K评测 这个性能差距不值这个差价

2017年10月,八代酷睿正式发布,时隔一年,第九代酷睿甚至祭出了i9-9900K这样的大杀器,升级....

发表于 10-22 11:11 92次 阅读
i5-9600K评测 这个性能差距不值这个差价

如何使用记忆

嗨,我需要一些帮助我想在线接收FPGA板上的数据,所以我应该使用内存,因为我知道。问题是我没有自己的板,所以我应该准备只...

发表于 10-22 11:08 16次 阅读
如何使用记忆

请问Keil uVision4里面如何添加ADucM360型号?

你好,我安装了正版Keil uVision4  ,建工程时,选择CPU型号时,没有ADUCM360,有ADUC7xxx系列 &n...

发表于 10-22 09:48 15次 阅读
请问Keil uVision4里面如何添加ADucM360型号?

赛灵思发布首款7纳米ACAP Versal芯片背后:AI需求带动FaaS市场起飞?

赛灵思总裁及首席执行官Victor Peng先生日前在北京举行的赛灵思开发者大会上发布打造灵活应变、....

发表于 10-22 09:07 813次 阅读
赛灵思发布首款7纳米ACAP Versal芯片背后:AI需求带动FaaS市场起飞?

辅助特殊功能寄存器的地址详细资料免费下载

寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件,它们可用来暂存指令、数据和地址。....

发表于 10-22 08:00 11次 阅读
辅助特殊功能寄存器的地址详细资料免费下载

数字系统信号完整性相关的见解和原因、特点、影响和解决方案资料

根据定义,“完整性”是指“完整和无损害的”。 同样,一个具有良好的完整性的数字信号有干净、快速的上升....

发表于 10-22 08:00 10次 阅读
数字系统信号完整性相关的见解和原因、特点、影响和解决方案资料

最新酷睿i9-9900K极限超频频率达7.6GHz成目前最高记录

英特尔的酷睿i9-9900K处理器昨天解禁了,性能测试大家也看到了,8核16线程以及5GHz频率的加....

发表于 10-21 09:56 115次 阅读
最新酷睿i9-9900K极限超频频率达7.6GHz成目前最高记录

linux入门教程之简单快速的了解linux

Linux的启动其实和windows的启动过程很类似,不过windows我们是无法看到启动信息的,而....

发表于 10-19 17:46 54次 阅读
linux入门教程之简单快速的了解linux

新步降型转换电路的PWM控制器合理选择方案

随着前沿的DSP、FPGA和CPU工作在越来越低的供电电压、并消耗更大的电流,选择PWM控制器变得并不那么容易了。低于1V...

发表于 10-19 16:47 55次 阅读
新步降型转换电路的PWM控制器合理选择方案

英特尔将至强CPU与FPGA加以结合,推出新一代至强芯片

就在昨天,英特尔公司悄然发布了一项面向其芯片产品线的大规模升级方案:芯片巨头将在近期推出一款将CPU....

发表于 10-19 16:39 205次 阅读
英特尔将至强CPU与FPGA加以结合,推出新一代至强芯片

多少核心电压会让CPU损坏

你好我想知道很多核心电压我可以达到没有我的CPU损坏。 我目前正在使用它在1.39 v(visibile in cpuz)i7 965 EXTREME...

发表于 10-19 14:19 49次 阅读
多少核心电压会让CPU损坏

无法在HDMI 2.0上找到兼容NUC7PJYH的4K电视

当我购买NUC7PJYH时,我计划使用预算4K电视作为它的监视器。 为此,支持4K(3840x2160)分辨率为60Hz,4:4:4色度子...

发表于 10-19 14:11 115次 阅读
无法在HDMI 2.0上找到兼容NUC7PJYH的4K电视

i99900k将是生产力用户们的高性价比选择

i9 9900K一出世就受到了广大游戏玩家的关注,因为其强大的性能表现领跑市场。i9 9900K使用....

发表于 10-19 10:57 125次 阅读
i99900k将是生产力用户们的高性价比选择

请问怎么判断Keil编译时用到的基础库名字?

怎么判断Keil编译时用到的基础库名字,在Linker选项里好像没有体现的。include是-I中有,而库的路径怎么判断? ARM\ARM...

发表于 10-19 08:42 217次 阅读
请问怎么判断Keil编译时用到的基础库名字?

如何学习C++?C++从零开始详细电子教材免费下载

曾经有些人问我问题,问得都是一些很基础的问题,但这些人却已经能使用VC编一个对话框界面来进行必要的操....

发表于 10-19 08:00 36次 阅读
如何学习C++?C++从零开始详细电子教材免费下载

16位单片机UPD79F9211的详细数据和使用手册免费下载

μPD79F9211是一个16位单片机,它使用78K0R的CPU内核,并包括外围功能,如ROM/RA....

发表于 10-19 08:00 28次 阅读
16位单片机UPD79F9211的详细数据和使用手册免费下载

RA Logix系统与Siemens S7 PLC有什么区别?详细的性能比较资料概述

1.就CPU性能而言,Rockwell Automation的1769- L32E和1756-L61....

发表于 10-18 17:49 40次 阅读
RA Logix系统与Siemens S7 PLC有什么区别?详细的性能比较资料概述

如何使用FPGA设计一个视频实时采集系统的资料免费下载

设计了一种基于FPGA的视频实时采集系统, 视频数据通过视频解码器、双口RAM、内存控制器, 然后存....

发表于 10-18 17:25 37次 阅读
如何使用FPGA设计一个视频实时采集系统的资料免费下载

如何使用实现FPGA的RMII通讯模块的设计

某鱼雷声自导的硬件系统使用了百兆网络交换机实现DSP之间的互联。交换机在MAC和PHY之间的接I=I....

发表于 10-18 16:46 20次 阅读
如何使用实现FPGA的RMII通讯模块的设计

指向Flash的指针怎么将闪存复制到RAM

我需要把数据从Flash复制到RAM,修改它,然后把它写回Flash。对于一个const的指针:静态空隙读入缓冲区(),const uint 8*...

发表于 10-18 15:44 37次 阅读
指向Flash的指针怎么将闪存复制到RAM

把14亿中国人民都拉到一个微信群里在技术上能实现吗?

我们假设平均每条消息有 10 个汉字,这大概相当于 30 byte,算上应用层会加上一定的控制字符,....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 10-18 14:22 590次 阅读
把14亿中国人民都拉到一个微信群里在技术上能实现吗?

曝Zen2架构性能将提升16%

经过14nm Zen锐龙一代、12nm Zen+锐龙二代的发展,AMD明年将会推出基于全新7nm工艺....

发表于 10-18 11:06 876次 阅读
曝Zen2架构性能将提升16%

请问为什么28335基本运算语句执行在RAM上运行的时间是手册里的两倍呢?

请问各位大侠,为什么我的基本指令(如除法、开方、sin运算)在RAM上运行的时间是手册里的两倍呢? 补充:当我把所有代码都写...

发表于 10-18 10:40 132次 阅读
请问为什么28335基本运算语句执行在RAM上运行的时间是手册里的两倍呢?

HR7P201 8位单片机集成电路芯片的数据手册免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是HR7P201 8位单片机集成电路芯片的数据手册免费下载。

发表于 10-18 09:45 34次 阅读
HR7P201 8位单片机集成电路芯片的数据手册免费下载

基于单片机EEPROM解析

我们板子上使用的这个器件是 24C02,是一个容量大小是 2Kbits,也就是 256 个字节的 E....

发表于 10-17 16:46 81次 阅读
基于单片机EEPROM解析

微软与高通合作推出搭载高通骁龙处理器的移动设备

WinFuture透露,高通骁龙8180的CPU主频达到了史无前例的3.0GHz,并集成了图形处理单....

的头像 EETOP 发表于 10-17 11:34 349次 阅读
微软与高通合作推出搭载高通骁龙处理器的移动设备

诺基亚手机X7正面采用了上半年颇受主流手机厂商欢迎的刘海屏设计

在配置方面,根据工信部官方网站给出的数据,诺基亚X7采用了6.18英寸的FHD+屏幕,搭载八核处理器....

的头像 MCA手机联盟 发表于 10-17 10:58 458次 阅读
诺基亚手机X7正面采用了上半年颇受主流手机厂商欢迎的刘海屏设计

部署NVIDIA GPU实现效率飞跃

Wyszolmirski表示:“在让软件按我们希望的方式运行时,出现了一些小问题,此外我们还必须考虑....

的头像 英伟达NVIDIA企业解决方案 发表于 10-17 09:27 1473次 阅读
部署NVIDIA GPU实现效率飞跃

半导体存储器的分类、组成结构和工作原理及其应用的资料概述

半导体存储器是数字系统特别是计算机系统中的重要组成,分为RAM和ROM两大类。学习半导体存储器的组成....

发表于 10-17 08:00 32次 阅读
半导体存储器的分类、组成结构和工作原理及其应用的资料概述

一文教你如何破解MCU

中央处理器CPU,包括运算器、控制器和寄存器组。是MCU内部的核心部件,由运算部件和控制部件两大部分....

发表于 10-16 16:45 154次 阅读
一文教你如何破解MCU

ARM的启动过程start.S汇编文件的指令的详细分析

此文主要内容就是分析start.S返个汇编文件的内容,即ARM上电后的最开始那一段的启动过程。本文的....

发表于 10-16 15:06 24次 阅读
ARM的启动过程start.S汇编文件的指令的详细分析

官方发布i9-9900K与AMD2700X的性能差距

Intel本周发布了9代酷睿处理器,旗舰型号为i9-9900K,8核16线程,3.6/5.0GHz(....

发表于 10-15 11:48 222次 阅读
官方发布i9-9900K与AMD2700X的性能差距

AMD撕裂者2950X国内上架 售价6999元

10月15日零点,AMD新一代发烧级线程撕裂者家族的16核心型号ThreadRipper 2950X....

发表于 10-15 11:44 73次 阅读
AMD撕裂者2950X国内上架 售价6999元

i5-9600K性能测试曝光 可以完全取代4C8T的i7-7700K了

出乎预料,今年三款首发的9代酷睿CPU均采用了钎焊散热,包括定价2399元的Core i5-9600....

发表于 10-15 10:36 803次 阅读
i5-9600K性能测试曝光 可以完全取代4C8T的i7-7700K了

树脂塞孔是什么?PCB为什么要采用树脂塞孔?

树脂塞孔的工艺流程近年来在PCB产业里面的应用越来越广泛,尤其是在一些层数高,板子厚度较大的产品上面....

的头像 MCU开发加油站 发表于 10-14 10:30 353次 阅读
树脂塞孔是什么?PCB为什么要采用树脂塞孔?

RAM、ROM和FLASH三大类常见存储器简介

RAM英文名random access memory,随机存储器,之所以叫随机存储器是因为:当对RA....

发表于 10-14 09:16 106次 阅读
RAM、ROM和FLASH三大类常见存储器简介

购买CPU可能踏入的四个误区

我们在组装电脑时,CPU、主板和显卡往往是我们最关注的三个部件,这也被称为组装电脑的最重要的三个部件....

发表于 10-14 09:12 153次 阅读
购买CPU可能踏入的四个误区

关于5G 华为已做好准备

在今年9月底的2018大陆国际信息通信展上,大陆IMT-2020(5G)推进组公布了我国5G技术试验....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 10-13 08:31 1306次 阅读
关于5G 华为已做好准备

AMD14nm节点将由格芯公司负责代工CPU及GPU芯片

Globalfoundries(以下简称格芯)公司宣布退出7nm及以下节点工艺投资已经有段时间了,几....

的头像 半导体动态 发表于 10-12 15:49 299次 阅读
AMD14nm节点将由格芯公司负责代工CPU及GPU芯片

魔改CPU对CPU有什么影响

前段时间出现了很火的“8代酷睿屏蔽触点兼容100、200系列主板”的黑科技,随着Intel处理器的涨....

发表于 10-12 10:19 270次 阅读
魔改CPU对CPU有什么影响

技嘉GA-Z77-DS3H主板开机闪灭到掉电反复重启的维修方式资料概述

拿到这个板开机闪灭,确定不是12V短路。看到这个故障想起梦幻版主的那个P61 闪灭案例,心想会不会是....

发表于 10-12 08:00 62次 阅读
技嘉GA-Z77-DS3H主板开机闪灭到掉电反复重启的维修方式资料概述

怎样打造一台高性能的客厅迷你主机

最近看到朋友圈晒各种小主机多少有点心动,特别是INTEL推出的骷髅峡谷迷你PC真是让人欲罢不能。回想....

的头像 39度创意研究所 发表于 10-11 11:19 439次 阅读
怎样打造一台高性能的客厅迷你主机

基于高性能8位AVR® RISC CPU,其灵活的低功耗架构提供了三种休眠模式

贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始分销Microchip Technol....

发表于 10-11 10:32 93次 阅读
基于高性能8位AVR® RISC CPU,其灵活的低功耗架构提供了三种休眠模式

UcGui嵌入式用户图形接口的移植毕业设计免费下载

随着科学技术的发展和计算机的普及化,人们开始越来越多的用计算机来处理各种各样的问题,计算机向着更轻薄....

发表于 10-11 08:00 37次 阅读
UcGui嵌入式用户图形接口的移植毕业设计免费下载

CPU密码介绍!如何清除带密码的CPU的内容?

选中“块”(Blocks) 下的“复位为出厂默认设置”(Reset to factory defau....

的头像 工控帮 发表于 10-10 17:54 380次 阅读
CPU密码介绍!如何清除带密码的CPU的内容?

算力战场-矿机的野蛮进化史

当时给出的算力参数为5G,10G,50G和1500G,预计2013年3月发货,且性价比非常高,5G售....

的头像 ssdfans 发表于 10-10 17:15 1390次 阅读
算力战场-矿机的野蛮进化史

电脑主板测试卡代码对照表和详细说明资料大全

代码对照表00 。 已显示系统的配置;即将控制INI19引导装入。01 处理器测试1,处理器状态核实....

发表于 10-10 08:00 24次 阅读
电脑主板测试卡代码对照表和详细说明资料大全

使电脑达到最大功率的小技巧分享

由于芯片与散热器的接触面无法做到物理上完全光滑平整,所以当散热器与芯片直接接触时就会存在空气,因此芯....

发表于 10-09 16:56 163次 阅读
使电脑达到最大功率的小技巧分享

显卡最大功率与TDP的关系 浅谈TDP值与CPU功耗的关系

除了CPU的发热量,用户最终关心的就是CPU的实际功耗,毕竟省下来的就是钱zol中关村在线Intel....

的头像 沈丹 发表于 10-09 16:46 633次 阅读
显卡最大功率与TDP的关系 浅谈TDP值与CPU功耗的关系

TDP是什么 CPU TDP和最大功率的关系

在这个测试中,他们对比了不同频率、电压下的处理器功耗,可以看出来同样的电压,频率提升之后功耗也在增加....

的头像 沈丹 发表于 10-09 16:24 369次 阅读
TDP是什么 CPU TDP和最大功率的关系

TMS320VC5501 定点数字信号处理器

TMS320VC5501(5501)定点数字信号处理器(DSP)基于TMS320C55x™DSP生成CPU处理器内核。 C55x™DSP架构通过增加并行性和全面关注降低功耗来实现高性能和低功耗。 CPU支持内部总线结构,该结构由一个程序总线,三个数据读总线,两个数据写总线以及专用于外设和DMA活动的附加总线组成。这些总线能够在一个周期内执行最多三次数据读取和两次数据写入。并行,DMA控制器可以独立于CPU活动执行数据传输。 C55x™CPU提供两个乘法累加(MAC)单元,每个单元能够进行17位×17位乘法运算。单循环。额外的16位ALU支持中央40位算术/逻辑单元(ALU)。 ALU的使用受指令集控制,提供优化并行活动和功耗的能力。这些资源在C55x CPU的地址单元(AU)和数据单元(DU)中进行管理。 C55x DSP代支持可变字节宽度指令集,以提高代码密度。指令单元(IU)从内部或外部存储器执行32位程序提取,并为程序单元(PU)排队指令。程序单元解码指令,将任务指向AU和DU资源,并管理完全受保护的管道。预测分支功能可避免执行条件指令时的管道刷新。 5501外设...

发表于 10-09 14:55 7次 阅读
TMS320VC5501 定点数字信号处理器

汇顶科技进入触控IC市场 商业化NB-Ito即将推出

触摸屏驱动IC的好坏,对触摸屏的稳定性和用户体验具有很大的影响。当时国内触控IC做得最好的厂家就是汇....

发表于 10-08 15:42 72次 阅读
汇顶科技进入触控IC市场 商业化NB-Ito即将推出

计算机声音检查用户手册详细资料免费下载

声音检查使用你的电脑的CPU来执行所有的计算和信号处理。正因为如此,计算机的速度直接影响到声音检查系....

发表于 10-08 08:00 44次 阅读
计算机声音检查用户手册详细资料免费下载

Arm推出全球首款自动驾驶级处理器Arm Cortex-A76AE

Arm宣布推出 “安全就绪”(Arm Safety Ready)计划,及全球首款集成功能安全的自动驾....

的头像 牵手一起梦 发表于 10-07 19:30 886次 阅读
Arm推出全球首款自动驾驶级处理器Arm Cortex-A76AE