计算机体系结构中的缓存内存是什么？

通常由 CPU 使用的主存储器的数据或内容保存在缓存内存中，以便处理器能够更快地访问这些信息。每当 CPU 需要访问内存时，它首先会检查缓存内存。如果数据不在缓存内存中，则 CPU 会转到主存储器访问。

缓存内存位于 CPU 和主存储器之间。缓存内存的框图可以表示为：

通过在缓存和处理器之间放置一个更小的 SRAM 来优化减少内存大小的概念，从而创建两级缓存。这个新的缓存通常包含在处理器内部。由于新的缓存放置在处理器内部，因此连接这两者的线变得非常短，并且接口电路与处理器的接口电路更加紧密地集成在一起。

这两个条件以及更小的解码器电路有助于更快地访问数据。当存在两个缓存时，处理器内的缓存称为一级缓存或 L1 缓存。L1 缓存和内存之间的缓存称为二级缓存或 L2 缓存。

该图显示了 L1 和 L2 缓存在内存中的位置。

图中显示了另一种缓存组织方式：分割缓存。分割缓存需要两个缓存。在这种情况下，处理器使用一个缓存存储代码/指令，使用另一个缓存存储数据。

这种缓存组织通常用于支持高级类型的处理器架构，例如流水线。在这里，处理器用于处理代码的机制与用于数据的机制如此不同，以至于将这两种类型的信息都放在同一个缓存中没有意义。

缓存的成功依赖于局部性原理。该原理认为，当一个数据项被加载到缓存中时，内存中靠近它的项也应该被加载。

如果程序进入循环，则循环中大部分指令会被执行多次。因此，当循环的第一条指令被加载到缓存时，它会同时加载其相邻的指令以节省时间。这样，处理器就不必等待主存储器提供后续指令。

因此，缓存的组织方式是，当加载一段数据或代码时，也会加载其相邻项的块。加载到缓存中的每个块都用一个称为标签的编号标识。

此标签可用于查找主存储器中数据的原始地址。因此，当处理器搜索一段数据或代码（以下称为字）时，它只需要检查标签以查看该字是否包含在缓存中。

Ginni

更新于： 2021-07-27

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