高速缓冲存储器(Cache)

有关存储器读写速度的排列正确的是答案是B，Cache＞RAM＞硬盘＞软盘。

Cache：高速缓冲存储器（Cache）是位于cpu和内存之间的存储器，是一个读写速度比内存更快的存储器，当cpu向内存中读取或写入数据的时候买这些数据也会存入Cache中。

当cup再需要这些数据的时候，就会直接去Cache中读取，而不是内存中，当然，若需要的数据在Cache中没有，cpu会再去内存中读取。

RAM：随机存储器（Random Access Memory）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。

当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。

我们通常购买或升级的内存条就是用作电脑的内存。

内存条（SIMM）就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板，它插在计算机中的内存插槽上，以减少RAM集成块占用的空间。

目前市场上常见的内存条有4M／条、8M／条、16M／条等。

硬盘：传输速率（Data Transfer Rate)硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。

硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。

内部传输率（Internal Transfer Rate) 也称为持续传输率（Sustained Transfer Rate），它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。

内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。

外部传输率（External Transfer Rate）也称为突发数据传输率（Burst Data Transfer Rate）或接口传输率，它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。

Fast ATA接口硬盘的最大外部传输率为16.6MB/s，而Ultra ATA接口的硬盘则达到33.3MB/s。

软盘：软盘在个人计算机中作为一种可移贮存硬件，它是用于那些需要被物理移动的小文件的理想选择。

软盘有八寸、五又四分之一寸、三寸半之分。

当中又分为硬磁区Hard-sectored 及软磁区Soft-Sectored。

高速缓冲存储器名词解释高速缓冲存储器（CacheMemory）是计算机系统中用来加快访问速度的一种临时存储器。

它可以被看作是内存系统中一层虚拟存储器，能够有效地把系统从内存、磁盘等设备中获取的数据以及未来所需要的数据暂存到cache memory中。

简言之，cache memory是一种可用来为CPU加速数据访问速度的存储器，是由CPU直接访问的一种高速存储器。

高速缓冲存储器由三个部分组成：cache级（cache level）、cache 缓存行（cache line）和cache单元（cache cell）。

cache是一组缓存行的集合，是 cache memory最小单元。

cache是由一组相连接的 cache line成。

cache line括一组相同大小的 cache元，每个单元根据它的作用可分为三类：索引（index）、标记（tag）、数据（data）。

cache可以将源数据分成多个子集，并将其中一部分存储到cache memory 中，以便快速访问。

cache据地址映射（address mapping）原理，将一段内存区域缩小，便于数据的快速访问。

当 CPU求某条指令时，它会首先检查 cache 中是否已经缓存了这条指令，如果缓存中有，就可以从 cache 中取出该指令，省去了访问主存的时间，这样就提高了 CPU运算速度。

除此之外，高速缓冲存储器还利用了多级缓存（multi-level cache）技术，把cache memory分为多级，从而提高了 cache memory 命中率。

在这种技术下，如果一级缓存（L1 cache）中没有找到所要访问的数据，则会再到二级缓存（L2 cache）中查找。

如果L2 cache中也没有相应的数据，则会再去其他更高级的缓存中查找，直至主存中的数据被访问到。

多级缓存的出现大大提高了 cache memory性能，大大提升了整个系统的访问效率，从而使CPU能更加高效地运行程序。

什么是CacheCache”是什么Cache(即高速缓冲存储器(Cache Memory)，是我们最常听到的一个词了。

在老鸟们眼中，这个词或许已没有再谈的必要，因为他们对Cache从设计的必要性到工作原理、工作过程等等都已了如指掌了；而对菜鸟朋友们而言，这些未必就很清楚。

那么，它们到底是指的什么呢？不用急，下面就请随笔者一起来全面认识Cache。

为什么要设计Cache我们知道，电脑的内存是以系统总线的时钟频率工作的，这个频率通常也就是CPU的外频(对于雷鸟、毒龙系列的处理器，由于在设计采用了DDR技术，CPU 工作的外频为系统总线频率的两倍)。

但是，CPU的工作频率(主频)是外频与倍频因子的乘积。

这样一来，内存的工作频率就远低于CPU的工作频率了。

这样造成的直接结果是：CPU在执行完一条指令后，常常需要“等待”一些时间才能再次访问内存，极大降了CPU工作效率。

在这样一种情况下，Cache就应运而生了！Cache是什么Cache是一种特殊的存储器，它由Cache 存储部件和Cache控制部件组成。

Cache 存储部件一般采用与CPU同类型的半导体存储器件，存取速度比内存快几倍甚至十几倍。

而Cache 控制器部件包括主存地址寄存器、Cache 地址寄存器，主存—Cache地址变换部件及替换控制部件等。

至于它们各自又是怎样工作的、有何作用等等，我想我们就没有必要做进一步的研究，知道一般Cache分为L1 Cache(其中又分为数据Cache、代码Cache)、L2 Cache就行了。

Cache是怎样工作的我们知道，CPU运行程序是一条指令一条指令地执行的，而且指令地址往往是连续的，意思就是说CPU在访问内存时，在较短的一段时间内往往集中于某个局部，这时候可能会碰到一些需要反复调用的子程序。

电脑在工作时，把这些活跃的子程序存入比内存快得多的Cache 中。

CPU在访问内存时，首先判断所要访问的内容是否在Cache中，如果在，就称为“命中”，此时CPU直接从Cache中调用该内容；否则，就称为“不命中”，CPU只好去内存中调用所需的子程序或指令了。

高速缓冲存储器cache程序的访问局部性程序的访问局部性定义在较短时间间隔内，程序产生的地址往往聚集在很小的一段地址空间内。

具体体现有两方面：时间局部性：被访问的某一存储单元，在一个较短的时间间隔内可能被再次访问；空间局部性：被访问的存储单元的邻近单元在一个较短的时间间隔内，可能也会被访问。

产生访问局部性的原因程序是由指令和数据组成的。

指令在主存中是按序存放的，存储单元是连续的，地址也是连续的，循环结构程序段或函数等子程序段再较短时间间隔内可能被重复执行，因此，指令的访问具有明显的局部化特性；数据在主存中的也是按序连续存放的，尤其是数组元素，常常被按序重复访问，因此，数据的访问也具有明显的局部化特性。

命中(Hit)：若CPU访问单元所在的块在cache中，则称为命中。

命中的概率称为命中率(Hit Rate)，是命中次数与访问总次数之比。

命中时，CPU在cache直接存取信息，所用的时间开销为cache的访问时间，称为命中时间(Hit Time)。

缺失(Miss)：若CPU访问单元所在的块不在cache中，则称为不命中或缺失，缺失的概率称为缺失率(Miss Rate)，是缺失次数与访问总次数之比。

缺失时，需要从主存读取一个主存块送cache，同时将所需信息送CPU，所用的时间开销为主存访问时间和cache访问时间之和。

通常将从主存读入一个主存块到cache的时间称为缺失损失(Miss Penalty)。

CPU在cache—主存层次的平均访问时间为。

由于程序访问的局部性特定，cache的命中率可以达到很高，接近于1，因此，即使Miss Penalty 远远大于Hit Time，但最终的平均访问时间仍可接近cache的访问时间。

cache工作流程程序执行中过程中，需要从主存取指令或读数据时，先检查cache是否命中，若命中，则直接从cache中读取信息送CPU进行运算，而不用访问主存储器；若缺失，则将访问地址内的数据送CPU进行运算，同时将当前访问的主存块复制到cache中。

Cache 是什么CPU 和GPU 对于cache 的应用Cache 是什幺
基本概念
在计算机存储系统的层次结构中，介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。

它和主存储器一起构成一级的存储器。

高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。

某些机器甚至有二级三级缓存，每级缓存比前一级缓存速度慢且容量大。

组成结构
高速缓冲存储器是存在于主存与CPU 之间的一级存储器，由静态存储芯片（SRAM）组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU 的。

作业（，）1.高速缓冲存储器（cache）中保存的信息是主存信息的最急需执行（最活跃）的块的副本。

2.主存储器和CPU之间增加cache的目的是aa)解决CPU与主存储器之间的速度匹配问题b)扩大主存储器的容量c)扩大CPU中通用寄存器的数量d)既扩大主存储器的容量，又扩大CPU中通用寄存器的数量3.从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：da)多体交叉存储器主要解决扩充容量问题b)访问存储器的请求是由CPU发出的c)cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于cached)cache的功能全由硬件实现4.下列因素中，与cache的命中率无关的是aa)主存的存取时间b)块的大小c)cache的组织方式d)cache的容量5.在Cache的地址映射中，若主存的任意一块均可映射到Cache内的任意一个行的位置上，则这种方法称为a。

a)全相联映射b)直接映射c)组相联映射d)混合映射6.在cache的存储器系统中，当程序正在执行时，由b完成地址变换。

a)程序员 b) 硬件 c) 软件和硬件 d) 操作系统7.某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。

每个主存块大小为32字节，按字节编址。

主存131号单元所在主存块应装入到的Cache组号是 B。

（要求：给出计算过程）A．2 B. 4 C.6解法一：主存字地址：5位Cache行数：16 (行)，Cache组数：16/2= 8(组)组号：3位131=（0…0）解法二：或：131/32=4……3，故位于主存4号块中（起始为0号块）故应装入cache 的4号组88.P112假设连续读取8个字顺序：t=8×100=800(ns)q=8×64=512（位）w=q/t= 64×107(b/s)交叉：t=T+(m-1)τ=100+7×500=450(ns)q=8×64=512（位）w=q/t= ×107(b/s)： 99.P112h=r=6e=%ta=10.有一主存-cache层次的存储器，其主存容量4MB，cache容量4KB，每块（行）32B，采用直接地址映射方式。

高速缓冲存储器cache10计科一班1010311110 韩家君高速缓冲存储器（Cache）其原始意义是指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快的一种RAM，一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM技术，也有快取记忆体的名称。

它是位于CPU与内存之间的临时存储器，比主存储器体积小但速度快，用于保有从主存储器得到指令的副本——很可能在下一步为处理器所需——的专用缓冲器。

在Cache中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从Cache中调用，从而加快读取速度。

由此可见，在CPU中加入Cache是一种高效的解决方案，这样整个内存储器（Cache+内存）就变成了既有Cache的高速度，又有内存的大容量的存储系统了。

Cache对CPU的性能影响很大，主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与Ca che间的带宽引起的。

高速缓存的基本概念在计算机存储系统的层次结构中，介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。

它和主存储器一起构成一级的存储器。

高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。

某些机器甚至有二级三级缓存，每级缓存比前一级缓存速度慢且容量大。

而这时，一开始的高速小容量存储器就被人称为一级缓存。

高速缓存的组成结构高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。

主要由大部分组成：Cache存储体：存放由主存调入的指令与数据块。

地址转换部件：建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换。

替换部件：在缓存满时按一定策略进行数据块替换，并修改地址转换部件。

高速缓存的作用介绍在计算机技术发展过程中，主存储器存取速度一直比中央处理器操作速度慢得多，使中央处理器的高速处理能力不能充分发挥，整个计算机系统的工作效率受到影响。

高速缓冲存储器cache的作用高速缓冲存储器（Cache）是计算机中一种特殊的存储器，其作用是提高计算机的运行速度和效率。

它位于CPU和主存之间，作为CPU与主存之间的缓冲区域，用来存放最近被CPU频繁访问的数据和指令。

Cache的作用主要有以下几个方面：1. 提高数据访问速度：Cache采用了更快的存取速度和更短的访问时间。

由于CPU频繁访问Cache，而Cache又位于CPU旁边，因此数据可以更快地被CPU获取到，从而提高了计算机系统的整体运行速度。

2. 减轻主存压力：主存的访问速度相对较慢，而CPU的运行速度相对较快，这就导致了CPU频繁等待主存的情况。

通过引入Cache 作为中间缓冲区域，可以将CPU需要的数据和指令预先存放在Cache中，当CPU需要时，直接从Cache中获取，减轻了对主存的访问压力。

3. 提高命中率：Cache是根据局部性原理设计的，即程序访问的数据和指令往往具有一定的局部性。

Cache通过将近期被CPU频繁访问的数据和指令存放在Cache中，提高了命中率，即CPU在Cache中找到需要的数据和指令的概率增加，从而减少了访问主存的次数，提高了系统的效率。

4. 缓解存储器层次结构之间的速度不匹配：计算机系统中，存储器的层次结构是由快速但容量较小的Cache、速度适中但容量较大的主存和速度较慢但容量最大的辅助存储器组成。

Cache的引入可以缓解存储器层次结构之间的速度不匹配问题，通过Cache将较慢的主存和辅助存储器的访问速度与CPU相匹配，提高了整个存储器层次结构的效率。

5. 提高系统吞吐量：通过提高命中率、减轻主存压力和提高数据访问速度，Cache可以提高系统的吞吐量。

吞吐量是指单位时间内完成的任务数量，Cache的引入可以减少CPU等待数据和指令的时间，从而提高了系统每单位时间内处理任务的数量，进而提高了系统的吞吐量。

高速缓冲存储器Cache在计算机系统中起到了至关重要的作用。