大家在選購處理器時，往往對處理器的緩存容量選擇感到不知所措，本文主要是關(guān)于CPU緩存的介紹，并重點闡述了二級緩存的容量，探討了二級緩存容量的上限是否存在及二級緩存能否越大越好。

二級緩存

CPU緩存（Cache Memory）位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器，它的容量比內(nèi)存小但交換速度快。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分，但這一小部分是短時間內(nèi)CPU即將訪問的，當(dāng)CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時，就可避開內(nèi)存直接從緩存中調(diào)用，從而加快讀取速度。最初緩存只有一級，二級緩存（L2 CACHE）出現(xiàn)是為了協(xié)調(diào)一級緩存與內(nèi)存之間的速度。二級緩存比一級緩存速度更慢，容量更大，主要就是做一級緩存和內(nèi)存之間數(shù)據(jù)臨時交換的地方用。實際上，現(xiàn)在Intel和AMD處理器在一級緩存的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計上有所不同，所以二級緩存對CPU性能的影響也不盡相同。

工作原理

緩存的工作原理是當(dāng)CPU要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從緩存中查找，如果找到就立即讀取并送給CPU處理；如果沒有找到，就用相對慢的速度從內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入緩存中，可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進(jìn)行，不必再調(diào)用內(nèi)存。

正是這樣的讀取機制使CPU讀取緩存的命中率非常高（大多數(shù)CPU可達(dá)90%左右），也就是說CPU下一次要讀取的數(shù)據(jù)90%都在緩存中，只有大約10%需要從內(nèi)存讀取。這大大節(jié)省了CPU直接讀取內(nèi)存的時間，也使CPU讀取數(shù)據(jù)時基本無需等待。總的來說，CPU讀取數(shù)據(jù)的順序是先緩存后內(nèi)存。 最早先的CPU緩存是個整體的，而且容量很低，英特爾公司從Pentium時代開始把緩存進(jìn)行了分類。當(dāng)時集成在CPU內(nèi)核中的緩存已不足以滿足CPU的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量。因此出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊電路板上或主板上的緩存，此時就把 CPU內(nèi)核集成的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。一級緩存中還分?jǐn)?shù)據(jù)緩存（Data Cache，D-Cache）和指令緩存（Instruction Cache，I-Cache）。二者分別用來存放數(shù)據(jù)和執(zhí)行這些數(shù)據(jù)的指令，而且兩者可以同時被CPU訪問，減少了爭用Cache所造成的沖突，提高了處理器效能。

cpu二級緩存越大越好嗎

首先亮明觀點，并非越大越好。

說到CPU，不得不說的就是CPU緩存，目前CPU的緩存已經(jīng)成了衡量CPU性能的一個必要指標(biāo)，那么CPU緩存到底對CPU性能的影響有多大呢？

我們知道，CPU執(zhí)行指令時，會將執(zhí)行結(jié)果放在一個叫“寄存器”的元件中，由于“寄存器”集成在CPU內(nèi)部，與ALU等構(gòu)成CPU的重要元件，因此寄存器中的指令很快被CPU所訪問，但畢竟寄存器的容量太小，CPU所需的大量指令和數(shù)據(jù)還在內(nèi)存（RAM）當(dāng)中，所以CPU為了完成指令操作，需要頻繁地向內(nèi)存發(fā)送接收指令、數(shù)據(jù)。

由于內(nèi)存的處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CPU，所以傳統(tǒng)的系統(tǒng)瓶頸在這里就產(chǎn)生了，CPU在處理指令時往往花費很多時間在等待內(nèi)存做準(zhǔn)備工作。

為了解決這個問題，人們在CPU內(nèi)集成了一個比內(nèi)存快許多的“Cache”，這就是最早的“高速緩存”。

L1高速緩存是與CPU完全同步運行的存儲器，也就是我們常說的一級緩存，如果CPU需要的數(shù)據(jù)和指令已經(jīng)在高速緩存中了，那么CPU不必等待，直接就可以從一級緩存（L1）中取得數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)不在L1中，CPU再從二級緩存（L2）中提取數(shù)據(jù)，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。

趣談CPU緩存工作原理

沒有CPU緩存前

我們可以形象地把CPU的運算單元想象成是一間坐落在城市中心的工廠，把內(nèi)存看成是工廠設(shè)置在郊區(qū)的一間面積很大的倉庫A。

工廠生產(chǎn)所需要的原材料每次都要花時間去遠(yuǎn)處的倉庫A調(diào)運，而且到達(dá)倉庫后，還要等待倉庫準(zhǔn)備好材料，中間浪費了不少時間。這就是CPU頻率未變的情況下，CPU與內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換不同步的現(xiàn)象。

而突然有一天，由于資金短缺，倉庫A從近郊區(qū)“搬到”了遠(yuǎn)郊區(qū)，這樣原料和成品在工廠與倉庫A之間的運輸所花費的時間就更長了，工廠生產(chǎn)所需的原料供應(yīng)不足，經(jīng)常處于空運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下。這就是說當(dāng)CPU頻率增加后，CPU與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)等待需時間會變得更長

增加L1 Cache

要解決CPU與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)不同步這個系統(tǒng)瓶頸問題，其中一個辦法是在靠近工廠的市區(qū)設(shè)置一個小型的倉庫B（L1 Cache）。

平時把生產(chǎn)最迫切需要、用得最多的原材料（指令和數(shù)據(jù)）從倉庫A（內(nèi)存）調(diào)配到倉庫B（L1 Cache），這樣工廠生產(chǎn)所需要的原材料就可以很快地調(diào)配過來，減少空運轉(zhuǎn)的時間。當(dāng)所需的原材料在倉庫B中找不到（緩存未命中）時，仍然要到倉庫A（內(nèi)存）里調(diào)配，雖然無可避免地使工廠又進(jìn)入空運轉(zhuǎn)，或部分空運轉(zhuǎn)（CPU等待若干個時鐘周期），但這樣畢竟使等待時間大大降低了。

小知識：緩存有一個“預(yù)讀”功能，也就是可以通過一定的算法，猜測接下來所要的數(shù)據(jù)，并預(yù)先取入緩存。

再添L2 Cache

隨著CPU的頻率提高，與內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)不同步的現(xiàn)象更明顯了，可以理解為倉庫A（內(nèi)存）搬離郊區(qū)，遷到更遠(yuǎn)的地方了。解決這一問題的一個更好的辦法就是在城市的邊緣再設(shè)立一個比倉庫B大的倉庫C，也就是我們說的二級緩存。

它的作用是把郊區(qū)之外的倉庫A（內(nèi)存）中最迫切用的材料（指令）運到倉庫C，而工廠如果在倉庫B中找不到所需的材料，就可以到倉庫C中找，而不必老遠(yuǎn)跑到倉庫A那里找，節(jié)省了不少時間。

通常情況下，L2包括L1所有的數(shù)據(jù)，另外還有一些附加的數(shù)據(jù)。換言之，L1與L2、L2與內(nèi)存之間是子母關(guān)系，所以CPU緩存的出現(xiàn)更有效地解決了CPU空等待所造成的資源浪費問題。

CPU緩存越大越好?

當(dāng)然，CPU緩存并不是越大越好，因為緩存采用的是速度快、價格昂貴的靜態(tài)RAM（SRAM），由于每個SRAM內(nèi)存單元都是由4~6個晶體管構(gòu)成，增加緩存會帶來CPU集成晶體管個數(shù)大增，發(fā)熱量也隨之增大，給設(shè)計制造帶來很大的難度。所以就算緩存容量做得很大，但如果設(shè)計不合理會造成緩存的延時，CPU的性能也未必得到提高。

CPU二極緩存現(xiàn)在一般多大

處理器要想顯著的提升性能，不外乎四種方法：改進(jìn)微處理器架構(gòu)、增加處理器核心數(shù)量、提升頻率和增加二級緩存。而就目前的使用環(huán)境來說，有的時候增加處理器核心數(shù)量并不能帶來很好的性能提升，而架構(gòu)更新一般屬于整代產(chǎn)品更新之際才能出現(xiàn)。

因此主頻和二級緩存則成為提升性能、拉開產(chǎn)品價位差距的主要手段。英特爾自從全面轉(zhuǎn)入酷睿2架構(gòu)之后，二級緩存成為了衡量處理器性能的重要標(biāo)尺，從采用512KB的賽揚420處理器到采用12MB二級緩存的QX9650，各個不同檔次的處理器系列在核心數(shù)量與頻率不同之外，緩存的容量上也具有很大差異，使得不同規(guī)格處理器在性能上有明顯差距，這也讓不同產(chǎn)品價格天差地別。

由于處理器與緩存之間帶寬和數(shù)據(jù)交換速度對處理器性能影響較大，一般來說同規(guī)格處理器，緩存越大性能越好，但性能優(yōu)勢也不是說緩存高一倍性能就能高一倍，僅僅是處理器內(nèi)部數(shù)據(jù)交換速度稍高一些罷了。另外，處理器使用性能單單從二級緩存上并不能作出判斷，緩存結(jié)構(gòu)設(shè)計等因素也影響著處理器性能。

酷睿架構(gòu)對緩存比較依賴，但并不是說緩存成倍提升處理器性能就能成倍提升。

但是對普通玩家來說最重要的因素還是價格，舉個例子來說，2MB二級緩存的Intel E5300賣440元，而3MB二級緩存的E7300則要賣到630塊，為這1MB緩存提升，消費者需要多付出50%的價格。更別說6MB緩存的E8200要賣到近千元，10MB和12MB緩存的四核心處理器價格則要2000元左右，但是花了這么多錢，性能真的可以得到同樣比例的提升么？答案恐怕會讓多數(shù)人感到出乎意料。

同頻率下的性能測試（標(biāo)有*的是四核處理器）

首先我們來看一下單純的處理器運算能力，在CPU Mark99軟件中，我們將所有處理器都設(shè)定為同樣頻率，從最終測試成績可以看到雖然隨著二級緩存容量的提高，處理器成績也穩(wěn)步增長，但是增長幅度并不大。唯一例外的就是在相同頻率下，512KB二級緩存的處理器得分大幅度落后于其他處理器，看來就算是理論方面的性能測試，512KB也已經(jīng)無法勝任了。而具有1MB二級緩存的處理器與6MB甚至是12MB的處理器可以說是處于同一級別。可見只提高緩存容量所帶來的性能提升相對其價格來說并不劃算。

不同緩存，同樣頻率下測試成績（標(biāo)有*的是四核處理器）

其次，游戲測試中更能突出二級緩存對性能的影響，當(dāng)二級緩存提高的時候，游戲幀數(shù)也同樣穩(wěn)定提高，且提高幅度非常明顯。其中性能提高比例最大的部分出現(xiàn)在512KB到2MB之間，此時性能獲得了47.8%的提高，而當(dāng)二級緩存從2MB換為6MB時，性能僅有23.2%的提高，后面幾款高端處理器二級緩存雖然成倍數(shù)增加，但是性能提升比例卻越來越小。

可見只有在運行大型3D游戲和多媒體編輯等需要高強度運算的時候才需要更大處理器緩存，這對更加傾向于高性能運算的企業(yè)級用戶來說意義較大，但是對于目前階段家庭應(yīng)用來說2MB緩存配置的處理器產(chǎn)品無論從性能還是價格方面都是最好選擇。

從應(yīng)用方面考慮，如果是組建辦公用機，E5300不輸于那些身價昂貴的大緩存處理器，比如E6700甚至QX9650，而在游戲性能方面，E5300處理器在同頻下更是保持著對低緩存處理器20%~35%的性能領(lǐng)先優(yōu)勢，在測試中我們可以看到即便緩存更大的高端處理器與E5300相比，也很難取得與其價格相符的性能領(lǐng)先。

再來看看價格，在滿足用戶日常應(yīng)用的基礎(chǔ)上，2MB緩存的Intel E5300以440元左右的售價擁有非常強悍的性價比，成為目前裝機最佳選擇。對于普通DIY玩家來說，還可以考慮通過超頻進(jìn)一步挖掘Intel E5300處理器的性能，在獲得優(yōu)秀系統(tǒng)性能的同時還可以體驗到更多使用樂趣。通過這樣的說明，您是否已經(jīng)對處理器緩存與性能、價格的關(guān)系有了一定了解呢？希望您在采購時可以選到稱心如意的產(chǎn)品。

結(jié)語

關(guān)于CPU二級緩存的介紹就到這了，希望本文能對你有所幫助，如有不足之處歡迎指正。