快取( 七 )


快取

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CPU快取快取(cache)大小是CPU的重要指标之一,其结构与大小对CPU速率的影响非常大 。简单地讲,快取就是用来存储一些常用或即将用到的数据或指令,当需要这些数据或指令的时候直接从快取中读取,这样比到记忆体甚至硬碟中读取要快得多,能够大幅度提升cpu的处理速率 。所谓处理器快取,通常指的是二级高速快取,或外部高速快取 。即高速缓冲存储器,是位于CPU和主存储器dram(dynamic ram)之间的规模较小的但速率很高的存储器,通常由sram(静态随机存储器)组成 。用来存放那些被cpu频繁使用的数据,以便使cpu不必依赖于速率较慢的dram(动态随机存储器) 。l2高速快取一直都属于速率极快而价格也相当昂贵的一类记忆体,称为sram(静态ram),sram(static ram)是静态存储器的英文缩写 。由于sram採用了与製作cpu相同的半导体工艺,因此与动态存储器dram比较,sram的存取速率快,但体积较大,价格很高 。处理器快取的基本思想是用少量的sram作为cpu与dram存储系统之间的缓冲区,即cache系统 。80486以及更高档微处理器的一个显着特点是处理器晶片内集成了sram作为cache,由于这些cache装在晶片内,因此称为片内cache 。486晶片内cache的容量通常为8k 。高档晶片如pentium为16kb,power pc可达32kb 。pentium微处理器进一步改进片内cache,採用数据和双通道cache技术,相对而言,片内cache的容量不大,但是非常灵活、方便,极大地提高了微处理器的性能 。片内cache也称为一级cache 。由于486,586等高档处理器的时钟频率很高,一旦出现一级cache未命中的情况,性能将明显恶化 。在这种情况下採用的办法是在处理器晶片之外再加cache,称为二级cache 。二级cache实际上是cpu和主存之间的真正缓冲 。由于系统板上的回响时间远低于cpu的速率,没有二级cache就不可能达到486,586等高档处理器的理想速率 。二级cache的容量通常应比一级cache大一个数量级以上 。在系统设定中,常要求用户确定二级cache是否安装及尺寸大小等 。二级cache的大小一般为128kb、256kb或512kb 。在486以上档次的微机中,普遍採用256kb或512kb同步cache 。所谓同步是指cache和cpu採用了相同的时钟周期,以相同的速率同步工作 。相对于异步cache,性能可提高30%以上 。pc及其伺服器系统的发展趋势之一是cpu主频越做越高,系统架构越做越先进,而主存dram的结构和存取时间改进较慢 。因此,快取(cache)技术愈显重要,在pc系统中cache越做越大 。广大用户已把cache做为评价和选购pc系统的一个重要指标 。光碟机快取光存储驱动器都带有内部缓冲器或高速快取存储器 。这些缓冲器是实际的存储晶片,安装在驱动器的电路板上,它在传送数据给PC之前可能準备或存储更大的数据段 。CD/DVD典型的缓冲器大小为128KB,不过具体的驱动器可大可小(通常越多越好) 。可刻录CD或DVD驱动器一般具有2MB-4MB以上的大容量缓冲器,用于防止快取欠载(buffer underrun)错误,同时可以使刻录工作平稳、恆定的写入 。一般来说,驱动器越快,就有更多的缓冲存储器,以处理更高的传输速率 。CD/DVD驱动器带有缓冲或高速快取具有很多好处 。缓冲可以保证PC以固定速率接收数据 。当一个应用程式从驱动器请求数据时,数据可能位于分散在光碟上不同地方 。因为驱动器的访问速率相对较慢,在数据读取时会使驱动器不得不间隔性向PC传送数据 。驱动器的缓冲在软体的控制下可以预先读取并準备光碟的内容目录,从而加速第一次数据请求 。光碟机读取数据的规律是首先在快取里寻找,如果在快取中没有找到才会去光碟上寻找,大容量的快取可以预先读取的数据越多,但在实际套用中CD-ROM、DVD-ROM等读取操作时,读取重複信息的机会是相对较少的,大部分的光碟更多的时候是一次读取数量较多的档案内容,因此在CD-ROM、DVD-ROM驱动器上快取重要性得不到体现,因此大多此类产品採用较小的快取容量 。CD-ROM一般有128KB、256KB、512KB几种;而DVD一般有128KB、256KB、512KB,只有个别的外置式DVD光碟机採用了较大容量的快取 。在刻录机或COMMBO产品上,快取就变得十分重要了 。在刻录光碟时,系统会把需要刻录的数据预先读取到快取中,然后再从快取读取数据进行刻录,快取就是数据和刻录盘之间的桥樑 。系统在传输数据到快取的过程中,不可避免的会发生传输的停顿,如在刻录大量小容量档案时,硬碟读取的速率很可能会跟不上刻录的速率,就会造成快取内的数据输入输出不成比例,如果这种状态持续一段时间,就会导致快取内的数据被全部输出,而得不到输入,此时就会造成快取欠载错误,这样就会导致刻录光碟失败 。因此刻录机和COMMBO产品都会採用较大容量的快取容量,再配合防刻死技术,就能把刻坏盘的几率降到最低 。同时快取还能协调数据传输速率,保证数据传输的稳定性和可靠性 。刻录机产品一般有2MB、4MB、8MB,COMBO产品一般有2MB、4MB、8MB的快取容量,受製造成本的限制,快取不可能製作到足够大 。但适量的快取容量还是选择光储需要考虑的关键之一网路快取World Wide Web(WWW)正在演绎一种新的人类生活,Internet在以前所未有的势头推进,一方面,人们为五彩缤纷的网路世界所陶醉,另一方面又为日渐变慢的访问速率所苦恼……