什么是緩存緩存的特點(diǎn)
什么是緩存緩存的特點(diǎn)
緩存就是數(shù)據(jù)交換的緩沖區(qū)，當(dāng)某一硬件要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)首先從緩存中查找需要的數(shù)據(jù)，如果找到了則直接執(zhí)行，找不到的話則從內(nèi)存中找。那么你對(duì)緩存了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是緩存的內(nèi)容，希望大家喜歡!
緩存的特點(diǎn)
緩存是指可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換的存儲(chǔ)器，它先于內(nèi)存與CPU交換數(shù)據(jù)，因此速率很快。L1 Cache(一級(jí)緩存)是CPU第一層高速緩存。內(nèi)置的L1高速緩存的容量和結(jié)構(gòu)對(duì)CPU的性能影響較大，不過高速緩沖存儲(chǔ)器均由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級(jí)高速緩存的容量不可能做得太大。一般L1緩存的容量通常在32—256KB。L2 Cache(二級(jí)緩存)是CPU的第二層高速緩存，分內(nèi)部和外部?jī)煞N芯片。內(nèi)部的芯片二級(jí)緩存運(yùn)行速率與主頻相同，而外部的二級(jí)緩存則只有主頻的一半。L2高速緩存容量也會(huì)影響CPU的性能，原則是越大越好，普通臺(tái)式機(jī)CPU的L2緩存一般為128KB到2MB或者更高，筆記本、服務(wù)器和工作站上用CPU的L2高速緩存最高可達(dá)1MB-3MB。
緩存只是內(nèi)存中少部分?jǐn)?shù)據(jù)的復(fù)制品，所以CPU到緩存中尋找數(shù)據(jù)時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)找不到的情況(因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)沒有從內(nèi)存復(fù)制到緩存中去)，這時(shí)CPU還是會(huì)到內(nèi)存中去找數(shù)據(jù)，這樣系統(tǒng)的速率就慢下來了，不過CPU會(huì)把這些數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存中去，以便下一次不要再到內(nèi)存中去取。隨著時(shí)間的變化，被訪問得最頻繁的數(shù)據(jù)不是一成不變的，也就是說，剛才還不頻繁的數(shù)據(jù)，此時(shí)已經(jīng)需要被頻繁的訪問，剛才還是最頻繁的數(shù)據(jù)，又不頻繁了，所以說緩存中的數(shù)據(jù)要經(jīng)常按照一定的算法來更換，這樣才能保證緩存中的數(shù)據(jù)是被訪問最頻繁的。
緩存的工作原理
緩存的工作原理是當(dāng)CPU要讀取一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，首先從CPU緩存中查找，找到就立即讀取并送給CPU處理;沒有找到，就從速率相對(duì)較慢的內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同時(shí)把這個(gè)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(duì)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(jī)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CPU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(shí)間，也使CPU讀取數(shù)據(jù)時(shí)基本無需等待?？偟膩碚f，CPU讀取數(shù)據(jù)的順序是先緩存后內(nèi)存。
RAM(Random-Access Memory)和ROM(Read-Only Memory)相對(duì)的，RAM是掉電以后，其中的信息就消失那一種，ROM在掉電以后信息也不會(huì)消失那一種。RAM又分兩種，一種是靜態(tài)RAM，SRAM(Static RAM);一種是動(dòng)態(tài)RAM，DRAM(Dynamic RAM)。前者的存儲(chǔ)速率要比后者快得多，使用的內(nèi)存一般都是動(dòng)態(tài)RAM。為了增加系統(tǒng)的速率，把緩存擴(kuò)大就行了，擴(kuò)的越大，緩存的數(shù)據(jù)越多，系統(tǒng)就越快了，緩存通常都是靜態(tài)RAM，速率是非常的快， 但是靜態(tài)RAM集成度低(存儲(chǔ)相同的數(shù)據(jù)，靜態(tài)RAM的體積是動(dòng)態(tài)RAM的6倍)， 價(jià)格高(同容量的靜態(tài)RAM是動(dòng)態(tài)RAM的四倍)， 由此可見，擴(kuò)大靜態(tài)RAM作為緩存是一個(gè)非常愚蠢的行為， 但是為了提高系統(tǒng)的性能和速率，必須要擴(kuò)大緩存， 這樣就有了一個(gè)折中的方法，不擴(kuò)大原來的靜態(tài)RAM緩存，而是增加一些高速動(dòng)態(tài)RAM做為緩存， 這些高速動(dòng)態(tài)RAM速率要比常規(guī)動(dòng)態(tài)RAM快，但比原來的靜態(tài)RAM緩存慢， 把原來的靜態(tài)RAM緩存叫一級(jí)緩存，而把后來增加的動(dòng)態(tài)RAM叫二級(jí)緩存。
緩存的功能作用
硬盤的緩存主要起三種作用：
預(yù)讀取
當(dāng)硬盤受到CPU指令控制開始讀取數(shù)據(jù)時(shí)，硬盤上的控制芯片會(huì)控制磁頭把正在讀取的簇的下一個(gè)或者幾個(gè)簇中的數(shù)據(jù)讀到緩存中(由于硬盤上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)是比較連續(xù)的，所以讀取命中率較高)，當(dāng)需要讀取下一個(gè)或者幾個(gè)簇中的數(shù)據(jù)的時(shí)候，硬盤則不需要再次讀取數(shù)據(jù)，直接把緩存中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存中就可以了，由于緩存的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁頭讀寫的速率，所以能夠達(dá)到明顯改善性能的目的。
寫入
當(dāng)硬盤接到寫入數(shù)據(jù)的指令之后，并不會(huì)馬上將數(shù)據(jù)寫入到盤片上，而是先暫時(shí)存儲(chǔ)在緩存里，然后發(fā)送一個(gè)“數(shù)據(jù)已寫入”的信號(hào)給系統(tǒng)，這時(shí)系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)為數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入，并繼續(xù)執(zhí)行下面的工作，而硬盤則在空閑(不進(jìn)行讀取或?qū)懭氲臅r(shí)候)時(shí)再將緩存中的數(shù)據(jù)寫入到盤片上。雖然對(duì)于寫入數(shù)據(jù)的性能有一定提升，但也不可避免地帶來了安全隱患——數(shù)據(jù)還在緩存里的時(shí)候突然掉電，那么這些數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。對(duì)于這個(gè)問題，硬盤廠商們自然也有解決辦法：掉電時(shí)，磁頭會(huì)借助慣性將緩存中的數(shù)據(jù)寫入零磁道以外的暫存區(qū)域，等到下次啟動(dòng)時(shí)再將這些數(shù)據(jù)寫入目的地。
臨時(shí)存儲(chǔ)
有時(shí)候，某些數(shù)據(jù)是會(huì)經(jīng)常需要訪問的，像硬盤內(nèi)部的緩存(暫存器的一種)會(huì)將讀取比較頻繁的一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩存中，再次讀取時(shí)就可以直接從緩存中直接傳輸。緩存就像是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存一樣，在硬盤讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、寄放等功能。這樣一來，不僅可以大大減少數(shù)據(jù)讀寫的時(shí)間以提高硬盤的使用效率。同時(shí)利用緩存還可以讓硬盤減少頻繁的讀寫，讓硬盤更加安靜，更加省電。更大的硬盤緩存，你將讀取游戲時(shí)更快，拷貝文件時(shí)候更快，在系統(tǒng)啟動(dòng)中更為領(lǐng)先。
緩存容量的大小不同品牌、不同型號(hào)的產(chǎn)品各不相同，早期的硬盤緩存基本都很小，只有幾百KB，已無法滿足用戶的需求。16MB和32MB緩存是現(xiàn)今主流硬盤所采用，而在服務(wù)器或特殊應(yīng)用領(lǐng)域中還有緩存容量更大的產(chǎn)品，甚至達(dá)到了64MB、128MB等。大容量的緩存雖然可以在硬盤進(jìn)行讀寫工作狀態(tài)下，讓更多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩存中，以提高硬盤的訪問速率，但并不意味著緩存越大就越出眾。緩存的應(yīng)用存在一個(gè)算法的問題，即便緩存容量很大，而沒有一個(gè)高效率的算法，那將導(dǎo)致應(yīng)用中緩存數(shù)據(jù)的命中率偏低，無法有效發(fā)揮出大容量緩存的優(yōu)勢(shì)。算法是和緩存容量相輔相成，大容量的緩存需要更為有效率的算法，否則性能會(huì)大大折扣，從技術(shù)角度上說，高容量緩存的算法是直接影響到硬盤性能發(fā)揮的重要因素。更大容量緩存是未來硬盤發(fā)展的必然趨勢(shì)。
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