为什么CPU要分一级缓存、二级缓存和三级缓存？

CPU缓存就是CPU内部的缓存运行频率，缓存的大小与结构对CPU速度的影响较大，因此缓存大小也是CPU重要的性能指标之一。

CPU缓存的作用主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，而缓存的容量要比内存要小的太多，但是其速度要比内存快的多，因此这样会让CPU使用很长的时间等待数据到来或把数据写入内存中。

搜索在缓存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，就能够避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。

当CPU需要读取数据并进行计算时，首先需要将CPU缓存中查到所需的数据，并在最短的时间下交付给CPU。

如果没有查到所需的数据，CPU就会提出“要求”经过缓存从内存中读取，再原路返回至CPU进行计算。而同时，把这个数据所在的数据也调入缓存，可以使得以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。

一级缓存（L1 Cache）

CPU一级缓存，就是指CPU的第一层级的高速缓存，主要当担的工作是缓存指令和缓存数据。一级缓存的容量与结构对CPU性能影响十分大，但是由于它的结构比较复杂，又考虑到成本等因素，一般来说，CPU的一级缓存较小，通常CPU的一级缓存也就能做到256KB左右的水平。

二级缓存（L2 Cache66）

CPU二级缓存，就是指CPU的第二层级的高速缓存，而二级缓存的容量会直接影响到CPU的性能，二级缓存的容量越大越好。例如intel的第八代i7-8700处理器，共有六个核心数量，而每个核心都拥有256KB的二级缓存，属于各核心独享，这样二级缓存总数就达到了1.5MB。

三级缓存（L3 Cache）

CPU三级缓存，就是指CPU的第三层级的高速缓存，其作用是进一步降低内存的延迟，同时提升海量数据量计算时的性能。和一级缓存、二级缓存不同的是，三级缓存是核心共享的，能够将容量做的很大。

CPU的核心数量、高频高低都会影响性能，但如果让CPU更聪明、更有效率的执行计算任务，那么缓存的作用就至关重要了。

扩展资料：

CPU主要性能参数：

1、主频

主频也叫时钟频率，单位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用来表示CPU的运算、处理数据的速度。

2、外频

外频是CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。

3、总线频率

前端总线（FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线。前端总线（FSB）频率（即总线频率）是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。

4、倍频系数

倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。

5、缓存

缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。

参考资料来源：百度百科-CPU

可以提高CPU的工作效率

1、一级缓存基本上都是内置在cpu的内部和cpu一个速度进行运行，能有效的提升cpu的工作效率。一级缓存越多，cpu的工作效率就会越来越高，是cpu的内部结构限制了一级缓存的容量大小，使一级缓存的容量都是很小的。

2、二级缓存主要作用是协调一级缓存和内存之间的工作效率。cpu首先用的是一级内存，当cpu的速度慢慢提升之后，一级缓存就不够cpu的使用量了，这就需要用到二级内存。

3、三级缓存和一级缓存与二级缓存的关系差不多，是为了在读取二级缓存不够用的时候而设计的一种缓存手段，在有三级缓存cpu之中，只有大约百分之五的数据需要在内存中调取使用，这能提升cpu不少的效率，从而cpu能够高速的工作。

4、二级缓存Intel的CPU是很重要，Intel的CPU的二级缓存越大性能提升非常明显，而AMD的CPU虽然二级缓存也很重要，但是二级缓存大小对AMD的CPU的性能提升不是很明显。

扩展资料：

1、三级缓存是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效率。

2、最初缓存只有一级，二级缓存出现是为了协调一级缓存与内存之间的速度。二级缓存比一级缓存速度更慢，容量更大，主要就是做一级缓存和内存之间数据临时交换的地方用。

实际上，现在Intel和AMD处理器在一级缓存的逻辑结构设计上有所不同，所以二级缓存对CPU性能的影响也不尽相同。

3、一级缓存都内置在CPU内部并与CPU同速运行，可以有效的提高CPU的运行效率。一级缓存越大，CPU的运行效率越高，但受到CPU内部结构的限制，一级缓存的容量都很小。

参考资料：百度百科-三级缓存

百度百科-二级缓存

百度百科-一级缓存

二级缓存的重要性：二级缓存是CPU性能表现的关键之一，在CPU核心不变化的情况下，增加二级缓存容量能使性能大幅度提高。而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二级缓存上有差异，由此可见二级缓存对于CPU的重要性。

分一、二、三级缓存：

一级指令缓存用于暂时存储并向CPU递送各类运算指令；一级数据缓存用于暂时存储并向CPU递送运算所需数据，这就是一级缓存的作用。

二级缓存就是一级缓存的缓冲器：一级缓存制造成本很高因此它的容量有限，二级缓存的作用就是存储那些CPU处理时需要用到、一级缓存又无法存储的数据。

三级缓存和内存可以看作是二级缓存的缓冲器，它们的容量递增，但单位制造成本却递减。需要注意的是，无论是二级缓存、三级缓存还是内存都不能存储处理器操作的原始指令，这些指令只能存储在CPU的一级指令缓存中，而余下的二级缓存、三级缓存和内存仅用于存储CPU所需数据。

扩展资料：

缓存介绍：

缓存基本上都是采用SRAM存储器，SRAM是英文Static RAM的缩写，它是一种具有静态存取功能的存储器，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。不像DRAM内存那样需要刷新电路，每隔一段时间，固定要对DRAM刷新充电一次，否则内部的数据即会消失。

因此SRAM具有较高的性能，但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积，但是SRAM却需要很大的体积，这也是不能将缓存容量做得太大的重要原因。

它的特点归纳如下：优点是节能、速率快、不必配合内存刷新电路、可提高整体的工作效率，缺点是集成度低、相同的容量体积较大、而且价格较高，只能少量用于关键性系统以提高效率。

参考资料来源：百度百科-缓存

一级指令缓存用于暂时存储并向CPU递送各类运算指令；一级数据缓存用于暂时存储并向CPU递送运算所需数据，这就是一级缓存的作用。

二级缓存就是一级缓存的缓冲器：一级缓存制造成本很高因此它的容量有限，二级缓存的作用就是存储那些CPU处理时需要用到、一级缓存又无法存储的数据。

三级缓存和内存可以看作是二级缓存的缓冲器，它们的容量递增，但单位制造成本却递减。需要注意的是，无论是二级缓存、三级缓存还是内存都不能存储处理器操作的原始指令，这些指令只能存储在CPU的一级指令缓存中，而余下的二级缓存、三级缓存和内存仅用于存储CPU所需数据。

目前所有主流处理器大都具有一级缓存和二级缓存，少数高端处理器还集成了三级缓存。其中，一级缓存可分为一级指令缓存和一级数据缓存。

扩展资料：

一般来说，一级缓存可以分为一级数据缓存（Data Cache，D-Cache）和一级指令缓存（Instruction Cache，I-Cache）。

二者分别用来存放数据以及对执行这些数据的指令进行即时解码，而且两者可以同时被CPU访问，减少了争用Cache所造成的冲突，提高了处理器效能。

目前大多数CPU的一级数据缓存和一级指令缓存具有相同的容量，例如AMD的Athlon XP就具有64KB的一级数据缓存和64KB的一级指令缓存，其一级缓存就以64KB+64KB来表示，其余的CPU的一级缓存表示方法以此类推。

参考资料：百度百科-一级缓存

1、现在的处理器速度确实很快，但是从读取内存的数据确实太慢了，原因比较多，最主要的两个原因是要么内存不够，要么内存离CPU太“远”，因此CPU要等比较长的时间，所以为了充分发挥CPU的速度，就需要延时更短速度更快的内存，这就是传说的缓存。

2、一般来说，每级缓存的命中率大概都在80%左右，也就是说全部数据量的80%都可以在一级缓存（L1缓存）中找到，只剩下20%的总数据量才需要从二级缓存(L2缓存)、三级缓存(L3缓存)或内存中读取，由此可见一级缓存是整个CPU缓存架构中最为重要的部分。

3、一般情况下，L1缓存靠近ALU等其它核心单元，L1缓存很小，但是访问速度是最快的。如果L1缓存没有被命中的时候，就需要一个容量非常大并且速度也不慢的缓存来提供数据，这就是L2缓存。如果是更大的缓存，它的成本非常高，速度也慢，面积更大等，通常不靠近所有的核心这就是L3。

4、简而言之，L1缓存能最大的提升速度，L2缓存比较大，命中更高，不过速度比较慢，L3缓存是提供合理的速度和容量，目前还出现了L4缓存。

扩展资料

CPU缓存的作用。

1、缩短延迟

访问缓存的时间应该尽可能缩短，可以通过多种的方式缩短这个时间，比如能够通过减小缓存的大小或关联性来降低缓存的延迟，还有方式预测、增加带宽等方法。

2、提升命中率

所谓的命中率是在高速缓存中找到内存引用的速率，我们希望能够首先通过缓存中获得信息，以得到速度优势，所以缓存需要最大限度地实现这一目标。对于单个高速缓存，大小、关联性和块大小决定命中率。

3、降低更低级别内存下的开销

高速缓存是内存层次结构的一部分，其性能会影响其它性能，处理其它内存花费的时间越长，意味着系统性能越低，也就是说尽可能让处理在缓存中完成。

4、减少错失惩罚

缓存中不能命中是无法避免的事情，但是我们可以减少处理未命中所需的时间以获得更好的处理器性能，通过提升命中率并通过应用不同的优化，能够降低错失惩罚。

高速缓存是CPU中十分重要的部分，占据了大量的资源开销和成本，如果您看过CPU架构图的话，您就会发现缓存占据了至少50%的面积，绝对至关重要。

参考资料来源：百度百科-CPU缓存