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计算机组成原理课程报告

姓名：阿力木江·阿地力学号：班级：

913106840549 913065802

近代缓存优化技术的可能性

关键词：缓存原理，缓存现状，降低性能的问题

研究背景

CPU是计算机的三大核心部件之一， CPU很小巧却是整个计算机的运算核心和控制核心。用通俗的比喻来解释就是相当于人的大脑。它的主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。对于一台计算机而言CPU性能的好坏直接决定着整个计算机的运行。为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，CPU高速缓存能够充分利用指令和数据的局部性特征,提前将所需的指令和数据放至高速的缓存设备来减小访存延迟。一般来说存容量越大，性能也就越高，一般CPU的缓存分为内部缓存(LI Cache)和外部缓存(L2 Cache)。封闭在CPU芯片内部的高速缓存，用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，存取速度与CPU主频一致，L1缓存的容量单位一般为KB。外部缓存(L2 Cache)：CPU外部的高速缓存，Pentium Pro处理器的

L2和CPU运行在相同频率下的缓存，但成本昂贵，所以Pentium II运行在相当于CPU频率一半下的缓存。

内部缓存越大，CPU工作时与存取速度较慢的外部缓存和内部缓存间交换数据的次数越少，相对电脑的运算速度可以提高。L1高速缓存与CPU同步运行，其缓存容量大小对CPU的性能影响较大。L2高速缓存也称为二级高速缓存(L2Cache)的容量和频率对CPU的性能影响也较大，其作用就是协调CPU的运行速度与内存存取速度之间的差异。L2高速缓存是CPU晶体管总数中占得最多得一部分，由于L2高速缓存的成本很高，因此L2高速缓存得容量大小一般用来作为高端和低端CPU产品得分界标准。[1]

研究现状

随着CPU制造工艺的发展，二级缓存也能轻易的集成在CPU内核中，容量也在逐年提升。用集成在CPU内部与否来定义一、二级缓存，已不确切。而且随着二级缓存被集成入CPU内核中，以往二级缓存与CPU大差距分频的情况也被改变，此时其以相同于主频的速度工作，可以为CPU提供更高的传输速度。往往同一核心的CPU高低端之分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。

CPU产品中，一级缓存的容量基本在4KB到64KB之间，二级缓存的容量则分为128KB、256KB、512KB、1MB、2MB等。一级缓存容量各产品之间相差不大，而二级缓存容量则是提高CPU性能的关键。二级缓存容量的提升是由CPU制造工艺所决定的，容量增大必然导致CPU