缓冲器工作原理是什么

缓冲器工作原理是什么?

缓冲寄存器又称缓冲器，它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。有了数控缓冲器，就可以使高速工作的CPU与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。由于缓冲器接

在数据总线上，故必须具有三态输出功能。

由于结构原理与气缸颇象，故归于气缸原理一类。

工作原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。因为原理上的根本不同，气弹簧比普通弹簧有着很明显的长处：速度相对缓慢、动态力变化不大（一般在1：1.2以内）、轻易控制；缺点是相对体积没有螺

旋弹簧小，本钱高、寿命相对短。

根据其特点及应用领域的不同，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等。根据气弹簧的结构和功能来分类，气弹簧有自由式气弹簧、自锁式气弹簧、牵引式气弹簧、随意停气弹簧、转椅气弹簧、气压棒、阻尼器等几种。

目前，该产品在汽车、航空、医疗器械、家具、机械制造等领域都有着广泛地应用。

气弹簧的用途

利用密闭容器中空气的可压缩性制成的弹簧。它的变形与载荷荷关系特性线为曲线,可根据需要进行设计计。空气弹簧能在任何载荷作用下保持自振频率不变，能同时承受径向和轴向载荷，也能传递一定的扭矩，通过调整内部压力可获得不同的承载能力。空气弹簧的结构形式良多，有囊式和膜式等，常用于车辆的悬架和机械设备的防振系统。

基本原理

在CPU的设计中，一般输出线的直流负载能力可以驱动一个TTL负载，而在连接中，CPU的一根地址线或数据线，可能连接多个存储器芯片，但现在的存储器芯片都为MOS电路，主要是电容负载，直流负载远小于TTL负载。故小型系统中，CPU可与存储器直接相连，在大型系统中就需要加缓冲器。

任何程序或数据要为CPU所使用，必须先放到主存储器（内存）中，即CPU只与主存交换数据，所以主存的速度在很大程度上决定了系统的运行速度。程序在运行期间，在一个较短的时间间隔内，由程序产生的地址往往集中在存储器的一个很小范围的地址空间内。指令地址本来就是连续分布的，再加上循环程序段和子程序段要多次重复执行，因此对这些地址中的内容的访问就自然的具有时间集中分布的倾向。数据分布的集中倾向不如程序这么明显，但对数组的存储和访问以及工作单元的选择可以使存储器地址相对地集中。这种对局部范围的存储器地址频繁访问，而对此范围外的地址访问甚少的现象被称为程序访问的局部化（Locality of Reference）性质。由此性质可知，在这个局部范围内被访问的信息集合随时间的变化是很缓慢的，如果把在一段时间内一定地址范围被频繁访问的信息集合成批地从主存中读到一个能高速存取的小容量存储器中存放起来，供程序在这段时间内随时采用而减少或不再去访问速度较慢的主存，就可以加快程序的运行速度。这个介于CPU和主存之间的高速小容量存储器就称之为高速缓冲存储器，简称Cache。不难看出，程序访问的局部化性质是Cache得以实现的原理基础。同理，构造磁盘高速缓冲存储器（简称磁盘Cache），也将提高系统的整体运行速度。目前CPU一般设有一级缓存（L1 Cache）和二级缓存（L2 Cache）。一级缓存是由C PU制造商直接做在CPU内部的，其速度极快，但容量较小，一般只有十几K。PⅡ以前的PC一般都是将二级缓存做在主板上，并且可以人为升级，其容量从256KB到1MB不等，而PⅡCPU则采用了全新的封装方式，把CPU内核与二级缓存一起封装在一只金属盒内，并且不可以升级。二级缓存一般比一级缓存大一个数量级以上，另外，在目前的CPU中，已经出现了带有三级缓存的情况。Cache的基本操作有读和写，其衡量指标为命中率，即在有Cache高速缓

冲存储器：

上面介绍的基本都是常说的内存的方方面面，下面我们来认识一下高速缓冲存储器，即Cache。我们知道，任何程序或数据要为CPU所使用，必须先放到主存储器（内存）中，即CPU只与主存交换数据，所以主存的速度在很大程度上决定了系统的运行速度。程序在运行期间，在一个较短的时间间隔内，由程序产生的地址往往集中在存储器的一个很小范围的地址空间内。指令地址本来就是连续分布的，再加上循环程序段和子程序段要多次重复执行，因此对这些地址中的内容的访问就自然的具有时间集中分布的倾向。数据分布的集中倾向不如程序这么明显，但对数组的存储和访问以及工作单元的选择可以使存储器地址相对地集中。这种对局部范围的存储器地址频繁访问，而对此范围外的地址访问甚少的现象被称为程序访问的局部化（Locality of Reference）性质。由此性质可知，在这个局部范围内被访问的信息集合随时间的变化是很缓慢的，如果把在一段时间内一定地址范围被频繁访问的信息集合成批地从主的系统中，CPU访问数据时，在Cache中能直接找到的概率，它是Cache的一个重要指标，与Cache的大小、替换算法、程序特性等因素有关。增加Cache后，CPU访问主存的速度是可以预算的，64KB的Cache可以缓冲4MB的主存，且命中率都在9 0%以上。以主频为100MHz的CPU（时钟周期约为10ns）、20ns的Cache、70ns的RAM、命中率为90%计算，CPU访问主存的周期为：有Cache时，20×0.9+70×0.1=34ns；无Cache时，70×1=70ns。由此可见，加了C ache后，CPU访问主存的速度大大提高了，但有一点需注意，加Cache只是加快了CPU访问主存的速度，而CPU 访问主存只是计算机整个操作的一部分，所以增加Cache对系统整体速度只能提高10~20%左右。