寄存器與緩存的區(qū)別

這里的緩存是指的CPU的緩存。

按與CPU遠(yuǎn)近來(lái)分，離得最近的是寄存器，然后緩存，最后內(nèi)存。

所以，寄存器是最貼近CPU的，而且CPU只與寄存器中進(jìn)行存取。

（寄存的意思是，暫時(shí)存放數(shù)據(jù)，不中每次從內(nèi)存中取，它就是一個(gè)臨時(shí)放數(shù)據(jù)的空間，火車站寄存處就是這個(gè)意思）

而寄存器的數(shù)據(jù)又來(lái)源于內(nèi)存。于是 CPU《---》寄存器《-----》內(nèi)存 這就是它們之間的信息交換。

那為什么有緩存呢？

因?yàn)槿绻鲜遣僮鲀?nèi)存中的同一址地的數(shù)據(jù)，就會(huì)影響速度。于是就在寄存器與內(nèi)存之間設(shè)置一個(gè)緩存。

緩存就把從內(nèi)存提取的數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在里面，如果寄存器要取內(nèi)存中同一位置的東西，就不用老遠(yuǎn)巴巴地跑到內(nèi)存中去取，直接從緩存中提取。

因?yàn)閺木彺嫣崛〉乃俣冗h(yuǎn)高于內(nèi)存。當(dāng)然緩存的價(jià)格肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)存，不然的話，機(jī)器里就沒(méi)有內(nèi)存的存在，只有緩存的存在了，但如果全是緩存，相信沒(méi)有幾個(gè)人買 得起計(jì)算機(jī)了。

由此可以看出，從遠(yuǎn)近來(lái)看： CPU〈------〉寄存器〈----》緩存《-----》內(nèi)存

注意一下，寄存器并不每次數(shù)據(jù)都可以從緩存中取得數(shù)據(jù)，萬(wàn)一不是同一個(gè)內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)，那寄存器還必須

直接繞過(guò)緩存從內(nèi)存中取數(shù)據(jù)。所以并不每次都得到緩存中取數(shù)據(jù)，這就是緩存的命中率，從緩存中取就命中，不從緩存中取從內(nèi)存中取，就沒(méi)命中。當(dāng)然關(guān)于緩存命中率又是一門學(xué)問(wèn)，哪些留在緩存中，哪些不留在緩存中，都是命中的算法。

從經(jīng)濟(jì)和速度的綜合考慮，又有了一級(jí)緩存和二級(jí)緩存，當(dāng)然一級(jí)緩存價(jià)格遠(yuǎn)高于二級(jí)緩存，它們的作用類似，但速度上一級(jí)緩存速度明顯高于二級(jí)緩存，因?yàn)閮r(jià)格的原因就設(shè)置了二級(jí)緩存，也不知道將來(lái) 會(huì)不會(huì)能三級(jí)緩存呢？

磁盤緩存和內(nèi)存緩存的區(qū)別

內(nèi)存緩存

高速緩存（英語(yǔ)：cache，英語(yǔ)發(fā)音：/k??/ kash ［1］［2］［3］，簡(jiǎn)稱緩存），其原始意義是指訪問(wèn)速度比一般隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）快的一種RAM，通常它不像系統(tǒng)主存那樣使用DRAM技術(shù)，而使用昂貴但較快速的SRAM技術(shù)。

原理

Cache一詞來(lái)源于1967年的一篇電子工程期刊論文。其作者將法語(yǔ)詞“cache”賦予“safekeeping storage”的涵義，用于電腦工程領(lǐng)域。

當(dāng)CPU處理數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)先到Cache中去尋找，如果數(shù)據(jù)因之前的操作已經(jīng)讀取而被暫存其中，就不需要再?gòu)碾S機(jī)存取存儲(chǔ)器（Main memory）中讀取數(shù)據(jù)——由于CPU的運(yùn)行速度一般比主內(nèi)存的讀取速度快，主存儲(chǔ)器周期（訪問(wèn)主存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間）為數(shù)個(gè)時(shí)鐘周期。因此若要訪問(wèn)主內(nèi)存的話，就必須等待數(shù)個(gè)CPU周期從而造成浪費(fèi)。

提供“緩存”的目的是為了讓數(shù)據(jù)訪問(wèn)的速度適應(yīng)CPU的處理速度，其基于的原理是內(nèi)存中“程序執(zhí)行與數(shù)據(jù)訪問(wèn)的局域性行為”，即一定程序執(zhí)行時(shí)間和空間內(nèi)，被訪問(wèn)的代碼集中于一部分。為了充分發(fā)揮緩存的作用，不僅依靠“暫存剛剛訪問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)”，還要使用硬件實(shí)現(xiàn)的指令預(yù)測(cè)與數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)——盡可能把將要使用的數(shù)據(jù)預(yù)先從內(nèi)存中取到緩存里。

CPU的緩存曾經(jīng)是用在超級(jí)計(jì)算機(jī)上的一種高級(jí)技術(shù)，不過(guò)現(xiàn)今電腦上使用的的AMD或Intel微處理器都在芯片內(nèi)部集成了大小不等的數(shù)據(jù)緩存和指令緩存，通稱為L(zhǎng)1緩存（L1 Cache即Level 1 On-die Cache，第一級(jí)片上高速緩沖存儲(chǔ)器）；而比L1更大容量的L2緩存曾經(jīng)被放在CPU外部（主板或者CPU接口卡上），但是現(xiàn)在已經(jīng)成為CPU內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)組件；更昂貴的CPU會(huì)配備比L2緩存還要大的L3緩存（level 3 On-die Cache第三級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器）。

概念的擴(kuò)充

如今緩存的概念已被擴(kuò)充，不僅在CPU和主內(nèi)存之間有Cache，而且在內(nèi)存和硬盤之間也有Cache（磁盤緩存），乃至在硬盤與網(wǎng)絡(luò)之間也有某種意義上的Cache──稱為Internet臨時(shí)文件夾或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容緩存等。凡是位于速度相差較大的兩種硬件之間，用于協(xié)調(diào)兩者數(shù)據(jù)傳輸速度差異的結(jié)構(gòu)，均可稱之為Cache。

地址鏡像與變換

主條目：CPU緩存#組相聯(lián)

由于主存容量遠(yuǎn)大于CPU緩存的容量，因此兩者之間就必須按一定的規(guī)則對(duì)應(yīng)起來(lái)。地址鏡像就是指按某種規(guī)則把主存塊裝入緩存中。地址變換是指當(dāng)按某種鏡像方式把主存塊裝入緩存后，每次訪問(wèn)CPU緩存時(shí)，如何把主存的物理地址（Physical address）或虛擬地址（Virtual address）變換成CPU緩存的地址，從而訪問(wèn)其中的數(shù)據(jù)。

緩存置換策略

主條目：CPU緩存#置換策略、分頁(yè)和緩存文件置換機(jī)制

主存容量遠(yuǎn)大于CPU緩存，磁盤容量遠(yuǎn)大于主存，因此無(wú)論是哪一層次的緩存都面臨一個(gè)同樣的問(wèn)題：當(dāng)容量有限的緩存的空閑空間全部用完后，又有新的內(nèi)容需要添加進(jìn)緩存時(shí)，如何挑選并舍棄原有的部分內(nèi)容，從而騰出空間放入這些新的內(nèi)容。解決這個(gè)問(wèn)題的算法有幾種，如最久未使用算法（LRU）、先進(jìn)先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LFU）、非最近使用算法（NMRU）等，這些算法在不同層次的緩存上執(zhí)行時(shí)擁有不同的效率和代價(jià)，需根據(jù)具體場(chǎng)合選擇最合適的一種。

磁盤緩存

磁盤緩存

16MB緩沖區(qū)的硬盤

磁盤緩存（Disk Buffer）或磁盤快取（Disk Cache）實(shí)際上是將下載到的數(shù)據(jù)先保存于系統(tǒng)為軟件分配的內(nèi)存空間中（這個(gè)內(nèi)存空間被稱之為“內(nèi)存池”），當(dāng)保存到內(nèi)存池中的數(shù)據(jù)達(dá)到一個(gè)程度時(shí)，便將數(shù)據(jù)保存到硬盤中。這樣可以減少實(shí)際的磁盤操作，有效的保護(hù)磁盤免于重復(fù)的讀寫操作而導(dǎo)致的損壞。

磁盤緩存是為了減少CPU透過(guò)I/O讀取磁盤機(jī)的次數(shù)，提升磁盤I/O的效率，用一塊內(nèi)存來(lái)儲(chǔ)存存取較頻繁的磁盤內(nèi)容；因?yàn)閮?nèi)存的存取是電子動(dòng)作，而磁盤的存取是I/O動(dòng)作，感覺(jué)上磁盤I/O變得較為快速。

相同的技巧可用在寫入動(dòng)作，我們先將欲寫入的內(nèi)容放入內(nèi)存中，等到系統(tǒng)有其它空閑的時(shí)間，再將這塊內(nèi)存的資料寫入磁盤中。

大小

現(xiàn)在的磁盤通常有32MB或64MB緩存。舊的硬盤則有8MB或16MB。