什么是Cache

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什么是Ｃａｃｈｅ
上海　李超
Ｃａｃｈｅ，即高速缓冲存储器（Ｃａｃｈｅ　Ｍｅｍｏｒｙ），是我们最常听到的一个词了。

在老鸟们眼中，这个词或许已没有再谈的必要，因为他们对Ｃａｃｈｅ从设计的必要性到工作原理、工作过程等等都已了如指掌了；而对菜鸟朋友们而言，这些未必就很清楚。

那么，它们到底是指的什么呢？不用急，下面就请随笔者一起来全面认识Ｃａｃｈｅ。

为什么要设计Ｃａｃｈｅ
我们知道，电脑的内存是以系统总线的时钟频率工作的，这个频率通常也就是ＣＰＵ的外频（对于雷鸟、毒龙系列的处理器，由于在设计采用了ＤＤＲ技术，ＣＰＵ工作的外频为系统总线频率的两倍）。

但是，ＣＰＵ的工作频率（主频）是外频与倍频因子的乘积。

这样一来，内存的工作频率就远低于ＣＰＵ的工作频率了。

这样造成的直接结果是：ＣＰＵ在执行完一条指令后，常常需要“等待”一些时间才能再次访问内存，极大降低了ＣＰＵ工作效率。

在这样一种情况下，Ｃａｃｈｅ就应运而生了！
Ｃａｃｈｅ是什么
Ｃａｃｈｅ是一种特殊的存储器，它由Ｃａｃｈｅ存储部件和Ｃａｃｈｅ控制部件组成。

Ｃａｃｈｅ存储部件一般采用与ＣＰＵ同类型的半导体存储器件，存取速度比内存快几倍甚至十几倍。

而Ｃａｃｈｅ控制器部件包括主存地址寄存器、Ｃａｃｈｅ地址寄存器，主存—Ｃａｃｈｅ地址变换部件及替换控制部件等。

至于它们各自又是怎样工作的、有何作用等等，我想我们就没有必要做进一步的研究，知道一般Ｃａｃｈｅ分为Ｌ１　Ｃａｃｈｅ（其中又分为数据Ｃａｃｈｅ、代码
Ｃａｃｈｅ）、Ｌ２Ｃａｃｈｅ就行了。

Ｃａｃｈｅ是怎样工作的
我们知道，ＣＰＵ运行程序是一条指令一条指令地执行的，而且指令地址往往是连续的，意思就是说ＣＰＵ在访问内存时，在较短的一段时间内往往集中于某个局部，这时候可能会碰到一些需要反复调用的子程序。

电脑在工作时，把这些活跃的子程序存入比内存快得多的Ｃａｃｈｅ中。

ＣＰＵ在访问内存时，首先判断所要访问的内容是否在Ｃａｃｈｅ中，如果在，就称为“命中”，此时ＣＰＵ直接从Ｃａｃｈｅ中调用该内容；否则，就称为“不命中”，ＣＰＵ只好去内存中调用所需的子程序或指令了。

ＣＰＵ不但可以直接从Ｃａｃｈｅ中读出内容，也可以直接往其中写入内容。

由于Ｃａｃｈｅ的存取速率相当快，使得ＣＰＵ的利用率大大提高，进而使整个系统的性能得以提升。

Ｃａｃｈｅ的应用
早在４８６时代，主板上就设计了Ｃａｃｈｅ插槽，用户可以根据需要自己配置Ｃａｃｈｅ；５８６级的ＣＰＵ芯片中已集成了部分Ｃａｃｈｅ，同时还保留了Ｃａｃｈｅ插槽供用户扩充，而到了
ＰｅｎｔｉｕｍⅡ时代后，Ｃａｃｈｅ已全部集成到了ＣＰＵ芯片中，主板上再也没有Ｃａｃｈｅ插槽。

现在比较流行的ＣＰＵ芯片中一般集成了至少１６ＫＢ的代码Ｃａｃｈｅ和１６ＫＢ的数据Ｃａｃｈｅ（作为Ｌ１　Ｃａｃｈｅ），以及至少６４ＫＢ的Ｌ２　Ｃａｃｈｅ。

有的朋友可能会问，既然Ｃａｃｈｅ的作用如此重要，那为么不把电脑的全部内存都变为Ｃａｃｈｅ，那样不是更好吗？其实对于这个问题，撇开价格因素，单就其实用性而言也是没有必要的，毕竟，电脑在执行任务时，那种使用频率非常高的子程序或指令不是很多的，因此那些使用频率不太高的内容只须保存在速度相对较低的内存中就可以了！ 在实际应用中，Ｃａｃｈｅ，尤其是Ｌ２Ｃａｃｈｅ对系统的性能，特别是对浮点运算能力有较大的影响。

而我们知道，大部分游戏的流畅运行需要频繁的浮点运算。

因此，ＣＰＵ运行游戏的性能的好坏与Ｌ２Ｃａｃｈｅ的容量与速度有很大关系。

好了，对Ｃａｃｈｅ的介绍就到这里吧，我的Ｅ－ｍａｉｌ地址是ｌｉｔｈｉｕｍｃｈａｏｒｅｎ＠
ｃｈｉｎａｒｅｎ．ｃｏｒｎ，欢迎大家指教！
（上海　李超）。