近年來，計算機中央處理器已經取得了相當大的進步，晶體管每年都在變小，性能也變得更加強大。每當提到處理器的性能時，人們往往會想到晶體管和頻率。實際上，除了更多的晶體管數量和更高的頻率之外，緩存也非常重要。
對于大部分人來講，他們大都聽說過緩存。但是，并沒有對 CPU 緩存的容量給予足夠的關注。那么，CPU 緩存到底有多重要，它是如何工作的？
什么是 CPU 高速緩存？
簡而言之，CPU 緩存只是一種非常快速的內存類型。在計算的早期，處理器速度和內存速度都很低。然而，在 1980 年代，處理器速度開始迅速提高。當時的系統內存（RAM）無法應對或匹配不斷增加的CPU速度，因此一種新型的超快內存誕生了：CPU緩存。
現在，您的計算機內部有多種類型的內存，例如有主存儲（如硬盤或 SSD）存儲大部分數據，即操作系統和程序。
還有“隨機存取存儲器”， 俗稱內存，它比主存儲快得多，但只是一個短期存儲介質，它讓計算機及其程序使用 RAM 來存儲經常訪問的數據，從而幫助保持計算機上的操作良好而快速。
最后，CPU 內部還具有更快的內存單元，稱為 CPU 緩存。
計算機內存具有基于其運行速度的層次結構。CPU 緩存位于此層次結構的頂部，是最快的。它也是最接近中央處理的地方，是CPU本身的一部分。從技術上來看，高速緩存的運行速度比 RAM 快 10 到 100 倍，只需要幾納秒即可響應 CPU 請求。
計算機內存也有不同的類型，其中高速緩存是靜態RAM（SRAM）的一種形式，而常規系統RAM稱為動態RAM（DRAM）。靜態RAM可以保存數據而無需不斷刷新，這與DRAM不同，這使得SRAM成為緩存的理想選擇。
CPU 緩存如何工作？
計算機上的應用程序被設計為 CPU 解釋和運行的一組指令。當您運行程序時，指令會從主存儲（硬盤驅動器）傳輸到 CPU，這就是內存層次結構發揮作用的地方。
數據首先加載到 RAM 中，然后發送到 CPU。CPU每秒能夠執行大量指令。為了充分利用其功能，CPU 需要訪問超快內存，這就是 CPU 緩存的用武之地。
內存控制器從 RAM 獲取數據并將其發送到 CPU 緩存，然后內存緩存在 CPU 內來回執行數據。當然，內存層次結構也存在于 CPU 緩存中。
CPU 高速緩存分為三個“級別”：L1、L2 和 L3，內存層次結構則根據速度以及緩存大小進行排列。
一級緩存
L1（級別 1）緩存是計算機系統中存在的最快內存。就訪問優先級而言，一級緩存具有 CPU 在完成特定任務時最有可能需要的數據。
一級緩存的大小取決于 CPU。一些高端消費類CPU現在具有1MB的L1緩存，如Intel i9-9980XE，但這些要花費大量資金，而且仍然很少。一些服務器芯片組，如英特爾的Xeon系列，還具有1-2MB的L1內存緩存。
由于一級緩存的大小沒有“標準”，因此您必須在購買前仔細查看 CPU 規格以確定確切的一級內存緩存大小。
英特爾 CPU L1 數據緩存圖
一級緩存通常分為兩部分：指令緩存和數據緩存。指令高速緩存處理有關 CPU 必須執行的操作的信息，而數據高速緩存保存要對其執行操作的數據。
二級緩存
L2（級別 2）緩存比 L1 緩存慢，但容量更大。L1 緩存可能以 KB 為單位，而 L2 內存緩存以兆字節為單位。例如，AMD Ryzen 5 5600X具有384KB的L1緩存和3MB的L2緩存（加上32MB的L3緩存）。
二級緩存大小因 CPU 而異，但其大小通常在 256KB 到 32MB 之間。大多數 CPU 將包含超過 256KB 的二級緩存，這在現階段是最小的。此外，一些最強大的 CPU 具有更大的二級內存緩存，遠遠超過 8MB。
在速度方面，二級緩存落后于一級緩存，但仍然比您的系統 RAM 快得多。一級內存緩存通常比 RAM 快 100 倍，而二級緩存大約快 25 倍。
三級緩存
早期，L3內存緩存實際上是在主板上找到的。現在，CPU 中的 L3 緩存可能非常龐大，高端消費類 CPU 具有高達 32MB 的 L3 緩存，某些服務器 CPU L3 緩存可能會超過此值，最高可達 128MB。
L3 緩存是最大但也是最慢的緩存單元。 但是，雖然芯片本身的每個內核都存在L1和L2緩存，但L3緩存更類似于整個芯片都可以利用的通用內存池。
我們需要多少 CPU 緩存？
緩存越多、容量越大，則會越好，價格也會越高。新一代的CPU自然會比老一代包含更多的CPU緩存，并且緩存也可能更快。
因此，我們可以根據自己的實際應用場景需求，在購買產品之前仔細查看產品的規則，以此來保證買到自己想要的產品。
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原文作者：GAVIN PHILLIPS
