1樓：sand
cpu 計算速度太快，二內記憶體的讀取速度很慢，所以需要 cpu 那邊的快取來提高讀取速度。快取的材料是 SRAM 成本比記憶體高，但是快取的讀取速度快。如果沒有快取，隨著cpu越來越快，cpu 會消耗更多的時鐘週期來等待記憶體的載入，從而 cpu 的利用率越來越低。
2樓：lalala
首先在計算機系統中，cpu的速度，大於cache速度，大於記憶體的速度。cpu要從儲存裝置（cache或者記憶體）上讀取（寫入）指令或者資料，這就遇到乙個問題，cpu處理速度和儲存的讀取資料不匹配，比如，乙個單位的資料，cpu用乙個時間單位處理完畢，但從儲存裝置讀進cpu需要100個時間單位。為了解決這個問題怎麼辦？
計算機科學家前輩們發現，cpu要處理的資料一般都會集中在記憶體的某一段位址範圍內，這樣就產生了一種做法，將記憶體中的資料放入cache中，cpu讀資料，可以先從cache中尋找，假設cpu從cache中讀取資料需要10個時間單位，而從記憶體中讀取需要100個時間單位，這就節省了90個時間單位，當然，前提是在cache中可以找到資料。如果在cache中找不到，大不了再跑記憶體中取找。
3樓：
1，記憶體太慢了。
2，如果想讓CPU具有預讀取功能，那讀出來的東西放哪？Cache裡。
3，乾脆把預讀的活也讓Cache幹了吧。4，於是有了Cache，進一步分化為3級。
4樓：
相當於在倉庫和超市中間建立多個小倉庫，這樣子貨物可以一批批的運到超市，
就是超市賣完貨物後可以直接從附近的小倉庫調貨，而不是從遙遠的大倉庫調貨
如果沒有小倉庫的存在的話，超市的容量有限，只能買完之後再從大倉庫調貨。
說白了就是縮短了CPU 的等待時間，使效率更高。
我覺得我解釋的不生動╮(╯▽╰)╭
這樣，再來個例子，CPU 今天需要解決五件事，簡稱
一，二，三，四，五
如果沒有快取記憶體儲存器（cache ）的話那就是，先解決一，一完事了，二再過去，二完事了，三再過去…………
如果有的話，現在假設CPU 和記憶體中加了乙個cache, 那麼先解決一，解決一的過程中二到了cache, 等一解決了，二就能直接從cache 到CPU ，這樣二到CPU 的時間就被縮短，因為邏輯上距離被縮短…………現在好像cache 還可以設定多級，就是乙個又乙個中途休息的倉房……
這樣是不是好了一點？
5樓：Ricky Li
題主把CPU與Cache分的太開了, Cache已經是現代CPU的一部分. 從記憶體的角度來看, Cache發來的讀資料請求就是CPU發來的讀資料請求. 實際上CPU所有關於Load和Store的請求, 都會由MOB(Memory Order Buffer) - L1D - L2 - L3 -DRAM這條路徑來完成, Cache只是這條路上的幾個驛站而已.
關於副標題內的疑問, 只用把問題邏輯順一下就解決了。
既然CPU速率高， 記憶體速率慢，那麼中間加乙個Cache的目的就是為了讓儲存體系可以跟上CPU的速度.
普通的CPU+DRAM記憶體的結構, 如果沒有設計Cache, 每一次CPU都要找記憶體要資料, 這個延遲估計在80個時鐘週期左右. 這是因為CPU要從內部運算核心將請求發到CPU邊緣的匯流排上, 從匯流排上電路板, 到達北橋, 再上電路板到達DRAM. DRAM搜尋到資料後如此再送回去.
CPU動作那麼快, 等的黃花菜都涼了.
如果加了Cache會怎樣? L1 Cache, 訪問延遲在4個週期左右, L2 Cache, 延遲在15個週期左右, L3Cache, 延遲在50個週期左右. 但是由於新增了很多Cache, CPU訪問記憶體的速度被降低了, 需要120個週期左右.
如果CPU需要的內容, 90%在L1 Cache裡有, 6%在L2 Cache裡有, 3%在L3 Cache裡有, 1%要去找DRAM拿. 那麼整個儲存體系的等效延遲就是: 7.
2個時鐘週期.
這不是爽歪了麼??
預先讀取，為什麼cpu不能做呢？
預取(prefetch)這件事cpu的確不做, 是Cache在做, 每一集的Cache都會有自己的prefetcher. 而實際上L1 Cache已經被融合進CPU內部裡了, L1I和L1D和CPU流水線簡直就是緊挨在一起, L2 Cache又緊挨著CPU的L1D. 所以L1I, L1D, L2它們做預取, 和CPU自己做是一回事!
而且CPU跑多快, 預取的速度就有多快!
上面憑什麼說"CPU需要的內容, 90%在L1 Cache裡有, 6%在L2 Cache裡有"? 就是因為Cache中資料大多是復用的, 而且Cache基於歷史資料還一直在預取! 而CPU和prefetcher像極了老總和小秘的關係, 比如:
每次CPU缺什麼資料, 找記憶體拿了一次, 但是這被prefetcher記住了, 等一有空prefetcher就把頁(Page)中其他相關資料都從記憶體裡拿出來. 這就等於把他七大姑八大姨街坊鄰居全叫了出來, CPU提取資料一般是有範圍的, 橫豎不超過這麼多, 所以CPU第二次再缺資料, 就不用去找記憶體了, 都在Cache裡! 實際上Cache可以同時監控很多個頁, 這個過程反覆幾次, CPU就基本不再找記憶體要東西了.
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