工控机箱厂家分享：工控电脑CPU高速缓存与内存关系
发布日期：2021-01-14 作者： 点击：
什么是工控电脑CPU高速缓存？
工控电脑CPU缓存(CacheMemory)是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为工控电脑CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当工控电脑CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。
为什么工控电脑cpu需要用到缓存？
缓存大小也是CPU的重要指标之一，缓存的结构和大小对CPU的速度有很大的影响。CPU中高速缓存的运行频率非常高，通常以与处理器相同的频率运行，并且工作效率远远高于系统内存和硬盘。在实际工作中，CPU经常需要重复读取相同的数据块，高速缓存容量的增加可以大大提高CPU内部读取数据的命中率，而不是寻找工控电脑内存或硬盘，从而提高了CPU的性能。系统。但是，由于CPU芯片尺寸和成本因素，缓存非常小。L1Cache（一级缓存）是CPU的一级缓存，分为数据缓存和指令缓存。内置的L1缓存的容量和结构对CPU性能有很大的影响。但是，缓存由静态RAM组成，结构复杂。
当CPU核心区域不能太大时，L1类高速缓存的容量不能太大。典型工控电脑CPU的L1缓存大小通常在32到256KB之间。L2Cache是CPU缓存的第二层。有内部和外部芯片。内部芯片二级高速缓存以与主频率相同的速度运行，而外部二级高速缓存以主频率的一半运行。L2缓存容量也会影响CPU性能，越大越好。当前，家庭中最大的CPU是512KB，而服务器和工作站的L2高速缓存是256-1mb，有时高达2MB或3MB。L3Cache。L3Cache有两种类型，早期的是外部的，而当前的是内置的。
实际上，L3高速缓存的应用可以进一步减少内存延迟并提高大数据计算中处理器的性能。减少内存等待时间并增加大量数据中的计算能力很有帮助。通过添加L3缓存，服务器性能仍然有了显着提高。例如，具有大型L3缓存的配置在利用物理内存方面会更有效，因此其较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有大型L3缓存的处理器可提供更有效的文件系统缓存行为，并缩短消息和处理器队列的长度。实际上，最早的L3缓存用于AMD发布的k6-iii处理器。那时，L3缓存受制造过程的限制，并且没有集成到芯片中，而是集成到了工控机箱主板中。
仅可与系统总线频率同步的L3高速缓存与主存储器没有太大区别。L3高速缓存后来被英特尔的Itanium处理器用于服务器市场。然后是P4EE和最终MP。英特尔还计划发布9MBL3高速缓存Itanium2处理器，以及下一个24MBL3高速缓存双核Itanium2处理器。但是基本上，L3缓存对于提高处理器性能不是很重要。例如，配备1MBL3缓存的XeonMP处理器仍然不是Opteron的竞争对手。因此，前端总线的增加比缓存的增加带来了更有效的性能改进。
CPU的运算速度比主内存的读写速度要快得多，这就使得CPU在访问内存时要花很长时间来等待内存的操作，这种空等造成了系统整体性能的下降。为了解决这种速度上的不匹配问题，我们在CPU与主内存之间加入了比主内存要快的SRAM（StaticRam，静态存储器）。SRAM储存了主内存的映象，使CPU可以直接通过访问SRAM来完成数据的读写。由于SRAM的速度与CPU的速度相当，从而大大缩短了数据读写的等待时间，系统的整体速度也自然得到提高。高速缓存即Cache，就是指介于CPU与主内存之间的高速存储器（通常由静态存储器SRAM构成）。
Cache的工作原理是基于程序访问的局部性。依据局部性原理，可以在主存和CPU通用寄存器之间设置一个高速的容量相对较小的存储器，把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从主存调入这个存储器，供CPU在一段时间内使用。这对提高程序的运行速度有很大的作用。这个介于主存和CPU之间的高速小容量存储器称作高速缓冲存储器(Cache)。
