緩存就是數(shù)據(jù)交換的緩沖區(qū)(稱作Cache)，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。由于緩存的運(yùn)行速度比內(nèi)存快得多，故緩存的作用就是幫助硬件更快地運(yùn)行。

基本簡(jiǎn)介

高速緩存(英語(yǔ)：Cache)，其原始意義是指訪問(wèn)速度比一般隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)來(lái)得快的一種RAM，一般而言它不像系統(tǒng)主存那樣使用DRAM技術(shù)，而使用昂貴但較快速的SRAM技術(shù)。

原理

Cache一詞來(lái)源于1967年的一篇電子工程期刊論文。其作者將法語(yǔ)詞“cache”賦予“safekeeping storage”的涵義，用于電腦工程領(lǐng)域。當(dāng)CPU處理數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)先到Cache中去尋找，如果數(shù)據(jù)因之前的操作已經(jīng)讀取而被暫存其中，就不需要再?gòu)碾S機(jī)存取存儲(chǔ)器(Main memory)中讀取數(shù)據(jù)——由于CPU的運(yùn)行速度一般比主內(nèi)存的讀取速度快，主存儲(chǔ)器周期(訪問(wèn)主存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間)為數(shù)個(gè)時(shí)鐘周期。因此若要訪問(wèn)主內(nèi)存的話，就必須等待數(shù)個(gè)CPU周期從而造成浪費(fèi)。提供“高速緩存”的目的是為了讓數(shù)據(jù)訪問(wèn)的速度適應(yīng)CPU的處理速度，其基于的原理是內(nèi)存中“程序執(zhí)行與數(shù)據(jù)訪問(wèn)的局域性行為”，即一定程序執(zhí)行時(shí)間和空間內(nèi)，被訪問(wèn)的代碼集中于一部分。為了充分發(fā)揮高速緩存的作用，不僅依靠“暫存剛剛訪問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)”，還要使用硬件實(shí)現(xiàn)的指令預(yù)測(cè)與數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)——盡可能把將要使用的數(shù)據(jù)預(yù)先從內(nèi)存中取到高速緩存里。CPU的高速緩存曾經(jīng)是用在超級(jí)計(jì)算機(jī)上的一種高級(jí)技術(shù)，不過(guò)現(xiàn)今電腦上使用的的AMD或Intel微處理器都在芯片內(nèi)部集成了大小不等的數(shù)據(jù)高速緩存和指令高速緩存，通稱為L(zhǎng)1高速緩存(L1 Cache 即 Level 1 On-die Cache，第一級(jí)片上高速緩沖存儲(chǔ)器);而比L1更大容量的L2高速緩存曾經(jīng)被放在CPU外部(主板或者CPU接口卡上)，但是現(xiàn)在已經(jīng)成為CPU內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)組件;更昂貴的頂級(jí)家用和工作站CPU甚至?xí)�配備比L2高速緩存還要大的L3高速緩存(level 3 On-die Cache 第三級(jí)高速緩沖存儲(chǔ)器)。

由于主存容量遠(yuǎn)大于高速緩存的容量，因此兩者之間就必須按一定的規(guī)則對(duì)應(yīng)起來(lái)。高速緩存的地址鏡像就是指按某種規(guī)則把主存塊裝入高速緩存中。地址變換是指當(dāng)按某種鏡像方式把主存塊裝入高速緩存后，每次訪問(wèn)高速緩存時(shí)，如何把主存的物理地址(Physical address)或虛擬地址(Virtual address)變換成高速緩存的地址，從而訪問(wèn)高速緩存中的數(shù)據(jù)。鏡像和變換的方式有四種：直接鏡像、全相連鏡像、組相連鏡像、區(qū)段相連鏡像。

現(xiàn)在高速緩存的概念已被擴(kuò)充，不僅在CPU和主內(nèi)存之間有Cache而且在內(nèi)存和硬盤之間也有Cache(磁盤高速緩存)，乃至在硬盤與網(wǎng)絡(luò)之間也有某種意義上的Cache - Internet臨時(shí)文件夾──凡是位于速度相差較大的兩種硬件之間的，用于協(xié)調(diào)兩者數(shù)據(jù)傳輸速度差異的結(jié)構(gòu)，均可稱之為Cache。

鏡像與變換

由于主存容量遠(yuǎn)大于高速緩存的容量，因此兩者之間就必須按一定的規(guī)則對(duì)應(yīng)起來(lái)。高速緩存的地址鏡像就是指按某種規(guī)則把主存塊裝入高速緩存中。地址變換是指當(dāng)按某種鏡像方式把主存塊裝入高速緩存后，每次訪問(wèn)高速緩存時(shí)，如何把主存的物理地址(Physical address)或虛擬地址(Virtual address)變換成高速緩存的地址，從而訪問(wèn)高速緩存中的數(shù)據(jù)。

鏡像和變換的方式有四種：直接鏡像、全相連鏡像、組相連鏡像、區(qū)段相連鏡像。

概念的擴(kuò)充

現(xiàn)在高速緩存的概念已被擴(kuò)充，不僅在CPU和主內(nèi)存之間有Cache而且在內(nèi)存和硬盤之間也有Cache(磁盤高速緩存)，乃至在硬盤與網(wǎng)絡(luò)之間也有某種意義上的Cache - Internet臨時(shí)文件夾──凡是位于速度相差較大的兩種硬件之間的，用于協(xié)調(diào)兩者數(shù)據(jù)傳輸速度差異的結(jié)構(gòu)，均可稱之為Cache。隨著應(yīng)用軟件的增多，垃圾越來(lái)越多。智能緩存的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，對(duì)有意義的緩存保留，無(wú)用的緩存智能清理或者進(jìn)行暫時(shí)壓縮處理!

[緩存的概念以及發(fā)展]