CPU 缓存是什么

CPU 缓存（Cache Memory）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。CPU 高速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 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 CPU 调用大量数据时，就可先缓存中调用，从而加快读取速度。

![[assets/Pasted image 20230525155030.png|350]]

> CPU 缓存

缓存大小是 CPU 的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对 CPU 速度的影响非常大，CPU 内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时，CPU 往往需要重复读取同样的数据块，而缓存容量的增大，可以大幅度提升 CPU 内部读取数据的命中率，而不用再到内存或者硬盘上寻找，以此提高系统性能。但是从 CPU 芯片面积和成本的因素来考虑，缓存都很小。

![[assets/Pasted image 20230525155050.png|500]]

> CPU 缓存设计示意图

按照数据读取顺序和与 CPU 结合的紧密程度，CPU 缓存可以分为一级缓存，二级缓存，如今主流 CPU 还有三级缓存，甚至有些 CPU 还有四级缓存。每一级缓存中所储存的全部数据都是下一级缓存的一部分，这三种缓存的技术难度和制造成本是相对递减的，所以其容量也是相对递增的。

为什么 CPU 会有 L1、L2、L3 这样的缓存设计？主要是因为现在的处理器太快了，而从内存中读取数据实在太慢（一个是因为内存本身速度不够，另一个是因为它离 CPU 太远了，总的来说需要让 CPU 等待几十甚至几百个时钟周期），这个时候为了保证 CPU 的速度，就需要延迟更小速度更快的内存提供帮助，而这就是缓存，如下图所示。

![[assets/Pasted image 20230525155119.png|450]]

当 CPU 要读取一个数据时，首先从一级缓存中查找，如果没有找到再从二级缓存中查找，如果还是没有就从三级缓存或内存中查找。一般来说，每级缓存的命中率大概都在 80%左右，也就是说全部数据量的 80%都可以在一级缓存中找到，只剩下 20%的总数据量才需要从二级缓存、三级缓存或内存中读取，由此可见一级缓存是整个 CPU 缓存架构中最为重要的部分。

CPU 的一二三级缓存哪个最重要

一般来说，每级缓存的命中率大概都在 80%左右，也就是说全部数据量的 80%都可以在一级缓存中找到，只剩下 20%的总数据量才需要从二级缓存、三级缓存或内存中读取，由此可见一级缓存是整个 CPU 缓存架构中最为重要的部分。

但是，现在 CPU 的一级缓存几乎都一样，容量都比较小，多为 64K，因此如今的 CPU 基本很少提一级缓存，主要是大家都一样，虽然最重要，但却不值得一提。

二级缓存，对 CPU 是很重要的，不过很多朋友会发现，如今很多 Intel 的 CPU 也都不怎么提二级缓存，只标注三级缓存。而 AMD 的不少新 CPU 也多为标注三级缓存为主，二级缓存只有部分型号会标注，比如 AMD 锐龙 5 2600X 提供 3M 三级缓存和 16M 三级缓存，R7 2700X 则也只有 16M 三级缓存。而 Intel 酷睿 i3 8100 则只有 6M 三级缓存，高端的 i7 8700K 则只标注 12MB。

![[assets/Pasted image 20230525155206.png|550]]

因此，在目前的新款 CPU 中，二级缓存的重要性在减弱，三级缓存则成为重点。

现代 CPU 的高速缓存体系结构是非常复杂的，其中包括硬件预取和数据转发，以便能提供最佳的高速缓存命中机会，有些 CPU 甚至还加入了 L4 缓存。

以上就是电脑 CPU 一二三级缓存的知识科普。对于普通电脑用户来说，只要知道 CPU 缓存是决定 CPU 性能的因素之一，普通用户对 CPU 缓存并不太敏感，游戏玩家更为在意的 CPU 核心数、主频等因素，而对于一些 3D 制图、视频渲染用户来说，比较考验 CPU 综合性能，这个时候大缓存会显得更优势。