简述Cpu与cache.主存和外存的关系?

Posted 2023-03-17

计算机的读取顺序为外存→内存→Cache→cpu

CPU缓存可以大幅度提升CPU内部数据读取效率，因此是衡量CPU性能的一个重要指标，包括L1 Cache(一级缓存)、L2　Cache(二级缓存)和L3 Cache(三级缓存)三种，其中L1 Cache是CPU第一层..
什么是cpu缓存
CPU缓存可以大幅度提升CPU内部数据读取效率，因此是衡量CPU性能的一个重要指标，包括L1 Cache(一级缓存)、L2　Cache(二级缓存)和L3 Cache(三级缓存)三种，其中L1 Cache是CPU第一层高速缓存，由于CPU制造工艺等方面的因素，L1缓存的容量一般都比较小。一般CPU的L1缓存容量通常在32KB~256KB左右。L2 Cache是CPU的第二层高速缓存，L2高速缓存容量对CPU的性能有很大的影响，一般来说是越大越好，现在使用的CPU的L2 Cache容量一般在256KB~2MB。L3 Cache(三级缓存)能进一步降低内存延迟，也能增强CPU处理大数据量的能力。随着64位处理器的全面普及，出于进一步提升CPU性能的考虑,Intel已经把高速的L3 加入到Itanium 2和P4EE中。
CPU的英文全称是：Central Processing Unit，也就是中央处理器。从雏形发展壮大到今天，CPUde 制造技术是越来越先进，其集成的电子元件也越来越精密，上万个，甚至是上百万个微型的晶体管构成了CPU的内部结构。那么这上百万个晶体管是如何工作的呢？看上去似乎很深奥，其实只要稍加分析就会一目了然的，CPU的内部结构可分为控制单元，逻辑单元和存储单元三大部分。而CPU的工作原理就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料（指令），经过物资分配部门（控制单元）的调度分配，被送往生产线（逻辑运算单元），生产出成品（处理后的数据）后，再存储在仓库（存储器）中，最后等着拿到市场上去卖（被应用程序使用）。
存储器按照用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存），辅助存储器又称外存储器（简称外存）。外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。内存指的就是主板上的存储部件，是CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据就会丢失。 参考技术A cpu是电脑的核心，CPU内部包含运算器、控制器、这两个设备负责处理数据，都属于高速设备，除此之外还包含一个寄存器，寄存器是个高速存储设备，它的速度与运算器的速度最为接近，负责直接与运算器进行数据交换。但寄存器容量很小，价格很高，所以人们就设计了cache，它的容量比寄存器大，速度比寄存器慢，价格也低一些。运算器、控制器、寄存器、cache都被封装在CPU的内部。CPU整体是从内存中取数据的，而内存中的数据又来自于外存。
整体说来cache是CPU与内存之间的桥梁，用于平衡高速设备（CPU）与低速设备（内存）之间的速度差异。
速度由快到慢：寄存器〉cache〉内存〉外存
每存储单位的单价价格由高到低：寄存器〉cache〉内存〉外存
存储的容量由高到低：外存〉内存〉cache〉寄存器 参考技术B cache它是cpu跟内存之间桥梁的中转站 cpu是在部件里能处理的容量 参考技术C 在计算机存储的层次结构中，CPU读取数据的优先级为Cache最先，内存其次，外存再次的顺序。
计算机存储的层次结构是一个兼顾性能与成本的策略。由于CPU计算速度很快，内存的速度拖累了计算机整体的性能，进而在内存与CPU间加入了高速Cache。高速Cache速度快，但成本也高。因此，才形成了高速低容量存储器与低速大容量存储器组合式的层次结构。 参考技术D 存储器：具有记忆功能的物理器件，用于存储信息。存储器分为内存和外存

①内存是半导体存储器(主存）：

它分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)和高速缓冲存储器（Cache)；

ROM:只能读，不能用普通方法写入，通常由厂家生产时写入，写入后数据不容易丢失，也可以用特殊方法（如紫外线擦除（EPROM)或电擦除(EEPROM_)存储器)；

RAM:可读可写，断电后内容全部丢失；

Cache:因为CPU读写RAM的时间需要等待，为了减少等待时间，在RAM和CPU间需要设置高速缓存Cache,断电后其内容丢失。

②外存：磁性存储器——软盘和硬盘；光电存储器——光盘，它们可以作为永久存器；

③存储器的两个重要技术指标：存取速度和存储容量。内存的存取速度最快(与CPU速 度相匹配)，软盘存取速度最慢。存储容量是指存储的信息量，它用字节(Byte)作为基本单位，

1字节用8位二进制数表示，1KB=1024B，1MB=1024KB，lGB=1024MB