缓存到底有什么作用

　　缓存到底是什么？

　　TL 和 DR 很小，但却非常快并位于 CPU 的逻辑单元旁边。当然，我们需要了解更多有关缓存的信息。

　　让我们从一个虚构的，神奇的存储系统开始说起。这个存储系统速度极快，可以一次处理无限的数据，并始终保持数据安全。对它来说甚至不存在任何需要远程操作的东西，但是如果的确存在，处理器的设计将更加简单。CPU 仅需要具有用于加法，乘法等的逻辑单元，以及用于处理数据传输的系统。这是因为我们的理论存储系统可以立即发送和接收所需的所有编号；没有一个逻辑单元会等待数据处理。

　　但是，众所周知，实际上不存在任何上述魔术般的存储技术。反之，我们拥有硬盘驱动器或固态驱动器，即使其中最好的驱动器也无法远程处理典型 CPU 所需的所有数据传输。原因在于，现代 CPU 的运行速度非常快 - 它们仅需一个时钟周期即可将两个 64 位整数值相加，而对于以 4 GHz 运行的 CPU，则仅为 0.00000000025 秒或四分之一纳秒。同时，旋转硬盘驱动器仅需数千纳秒即可在内部磁盘上查找数据，更不用说传输数据了，而固态驱动器仍需数十或数百纳秒。

　　显然，此类驱动器无法内置在处理器中，因此这意味着两者之间将存在物理隔离。这只会增加数据移动的时间，使情况变得更糟。因此，我们需要的是另一个数据存储系统，它位于处理器和主存储之间。它需要比驱动器更快的速度，能够同时处理大量数据传输，并且离处理器更近一些。

　　如今它已成为现实，叫做 RAM。每个计算机系统都有一些用于上述目的的装置。而几乎所有这类存储都是 DRAM（动态随机存取存储器），它能够比任何驱动器更快地传输数据。但是，尽管 DRAM 速度极快，但它无法存储尽可能多的数据。美光公司是 DRAM 的少数制造商之一，其中一些最大的 DDR4 存储器芯片可容纳 32 Gbit 或 4 GB 数据。最大的硬盘驱动器的容量是此容量的 4000 倍。因此，尽管我们提高了数据网络的速度，但仍需要附加系统（硬件和软件），以便确定应将哪些数据保留在有限数量的 DRAM 中，以备 CPU 使用。或者至少可以将 DRAM 置于芯片封装中（称为嵌入式 DRAM）。不过，CPU 很小，所以您不能在其中塞太多。绝大多数 DRAM 位于处理器旁边（插入主板）。在计算机系统中，它始终是最接近 CPU 的组件。然而，这还是不够快。 DRAM 仍需要约 100 纳秒的时间才能找到数据，但至少每秒可以传输数十亿比特。看来我们需要另一级存储器，才能进入处理器单元和 DRAM 之间。左级输入：SRAM（静态随机存取存储器）。在 DRAM 使用微观电容器以电荷形式存储数据的情况下，SRAM 使用晶体管做同样的事情，并且它们的工作速度几乎与处理器中的逻辑单元一样快（大约比 DRAM 快 10 倍）。当然，SRAM 有一个缺点，那就是空间。基于晶体管的内存比 DRAM 占用更多的空间：对于相同大小的 4 GB DDR4 芯片，您将获得不到 100 MB 的 SRAM。但是，由于它是通过与创建 CPU 相同的过程制成的，因此 SRAM 可以直接在处理器内部构建，并尽可能靠近逻辑单元。每增加一个环节，我们就增加了数据移动的速度，从而增加了存储量。我们可以继续添加更多的环节，每个环节更快但简洁。因此，我们对高速缓存下了一个更为专业的定义：它是全部位于处理器内部的多个 SRAM 块，通过以超快的速度发送和存储数据来确保逻辑单元保持尽可能繁忙。对这个定义满意吗？很好 - 因为从现在开始它将变得更加复杂！