緩存到底是什么？

　　TL 和 DR 很小，但卻非常快并位于 CPU 的邏輯單元旁邊。當然，我們需要了解更多有關緩存的信息。

　　讓我們從一個虛構的，神奇的存儲系統開始說起。這個存儲系統速度極快，可以一次處理無限的數據，并始終保持數據安全。對它來說甚至不存在任何需要遠程操作的東西，但是如果的確存在，處理器的設計將更加簡單。CPU 僅需要具有用于加法，乘法等的邏輯單元，以及用于處理數據傳輸的系統。這是因為我們的理論存儲系統可以立即發送和接收所需的所有編號；沒有一個邏輯單元會等待數據處理。

　　但是，眾所周知，實際上不存在任何上述魔術般的存儲技術。反之，我們擁有硬盤驅動器或固態驅動器，即使其中最好的驅動器也無法遠程處理典型 CPU 所需的所有數據傳輸。原因在于，現代 CPU 的運行速度非常快 - 它們僅需一個時鐘周期即可將兩個 64 位整數值相加，而對于以 4 GHz 運行的 CPU，則僅為 0.00000000025 秒或四分之一納秒。同時，旋轉硬盤驅動器僅需數千納秒即可在內部磁盤上查找數據，更不用說傳輸數據了，而固態驅動器仍需數十或數百納秒。

　　顯然，此類驅動器無法內置在處理器中，因此這意味著兩者之間將存在物理隔離。這只會增加數據移動的時間，使情況變得更糟。因此，我們需要的是另一個數據存儲系統，它位于處理器和主存儲之間。它需要比驅動器更快的速度，能夠同時處理大量數據傳輸，并且離處理器更近一些。

　　如今它已成為現實，叫做 RAM。每個計算機系統都有一些用于上述目的的裝置。而幾乎所有這類存儲都是 DRAM（動態隨機存取存儲器），它能夠比任何驅動器更快地傳輸數據。但是，盡管 DRAM 速度極快，但它無法存儲盡可能多的數據。美光公司是 DRAM 的少數制造商之一，其中一些最大的 DDR4 存儲器芯片可容納 32 Gbit 或 4 GB 數據。最大的硬盤驅動器的容量是此容量的 4000 倍。因此，盡管我們提高了數據網絡的速度，但仍需要附加系統（硬件和軟件），以便確定應將哪些數據保留在有限數量的 DRAM 中，以備 CPU 使用。或者至少可以將 DRAM 置于芯片封裝中（稱為嵌入式 DRAM）。不過，CPU 很小，所以您不能在其中塞太多。絕大多數 DRAM 位于處理器旁邊（插入主板）。在計算機系統中，它始終是最接近 CPU 的組件。然而，這還是不夠快。 DRAM 仍需要約 100 納秒的時間才能找到數據，但至少每秒可以傳輸數十億比特。看來我們需要另一級存儲器，才能進入處理器單元和 DRAM 之間。左級輸入：SRAM（靜態隨機存取存儲器）。在 DRAM 使用微觀電容器以電荷形式存儲數據的情況下，SRAM 使用晶體管做同樣的事情，并且它們的工作速度幾乎與處理器中的邏輯單元一樣快（大約比 DRAM 快 10 倍）。當然，SRAM 有一個缺點，那就是空間。基于晶體管的內存比 DRAM 占用更多的空間：對于相同大小的 4 GB DDR4 芯片，您將獲得不到 100 MB 的 SRAM。但是，由于它是通過與創建 CPU 相同的過程制成的，因此 SRAM 可以直接在處理器內部構建，并盡可能靠近邏輯單元。每增加一個環節，我們就增加了數據移動的速度，從而增加了存儲量。我們可以繼續添加更多的環節，每個環節更快但簡潔。因此，我們對高速緩存下了一個更為專業的定義：它是全部位于處理器內部的多個 SRAM 塊，通過以超快的速度發送和存儲數據來確保邏輯單元保持盡可能繁忙。對這個定義滿意嗎？很好 - 因為從現在開始它將變得更加復雜！