作业帮什么是缓存?缓存的大小影响计算机吗?、
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/06 05:19:22
什么是缓存?缓存的大小影响计算机吗?、
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什么是缓存?缓存的大小影响计算机吗?、
缓存是指临时文件交换区,电脑把最常用的文件从存储器里提出来临时放在缓存里,就像把工具和材料搬上工作台一样,这样会比用时现去仓库取更方便.因为缓存往往使用的是RAM（断电即掉的非永久储存）,所以在忙完后还是会把文件送到硬盘等存储器里永久存储.电脑里最大的缓存就是内存条了,最快的是CPU上镶的L1和L2缓存,显卡的显存是给GPU用的缓存,硬盘上也有16M或者32M的缓存.千万不能把缓存理解成一个东西,它是一种处理方式的统称!
缓存是指可以进行高速数据交换的存储器,它先于内存与CPU交换数据,因此速率很快.L1 Cache(一级缓存)是CPU第一层高速缓存.内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大,不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成,结构较复杂,在CPU管芯面积不能太大的情况下,L1级高速缓存的容量不可能做得太大.一般L1缓存的容量通常在32—256KB.L2 Cache(二级缓存)是CPU的第二层高速缓存,分内部和外部两种芯片.内部的芯片二级缓存运行速率与主频相同,而外部的二级缓存则只有主频的一半.L2高速缓存容量也会影响CPU的性能,原则是越大越好,普通台式机CPU的L2缓存一般为128KB到2MB或者更高,笔记本、服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存最高可达1MB-3MB.
缓存只是内存中少部分数据的复制品,所以CPU到缓存中寻找数据时,也会出现找不到的情况（因为这些数据没有从内存复制到缓存中去）,这时CPU还是会到内存中去找数据,这样系统的速率就慢下来了,不过CPU会把这些数据复制到缓存中去,以便下一次不要再到内存中去取.随着时间的变化,被访问得最频繁的数据不是一成不变的,也就是说,刚才还不频繁的数据,此时已经需要被频繁的访问,刚才还是最频繁的数据,又不频繁了,所以说缓存中的数据要经常按照一定的算法来更换,这样才能保证缓存中的数据是被访问最频繁的.
硬盘的缓存主要起三种作用 ：
一、预读取
当硬盘受到CPU指令控制开始读取数据时,硬盘上的控制芯片会控制磁头把正在读取的簇的下一个或者几个簇中的数据读到缓存中（由于硬盘上数据存储时是比较连续的,所以读取命中率较高）,当需要读取下一个或者几个簇中的数据的时候,硬盘则不需要再次读取数据,直接把缓存中的数据传输到内存中就可以了,由于缓存的速率远远高于磁头读写的速率,所以能够达到明显改善性能的目的.
二、对写入动作进行缓存
当硬盘接到写入数据的指令之后,并不会马上将数据写入到盘片上,而是先暂时存储在缓存里,然后发送一个“数据已写入”的信号给系统,这时系统就会认为数据已经写入,并继续执行下面的工作,而硬盘则在空闲（不进行读取或写入的时候）时再将缓存中的数据写入到盘片上.虽然对于写入数据的性能有一定提升,但也不可避免地带来了安全隐患——数据还在缓存里的时候突然掉电,那么这些数据就会丢失.对于这个问题,硬盘厂商们自然也有解决办法：掉电时,磁头会借助惯性将缓存中的数据写入零磁道以外的暂存区域,等到下次启动时再将这些数据写入目的地.
三、临时存储最近访问过的数据
有时候,某些数据是会经常需要访问的,硬盘内部的缓存会将读取比较频繁的一些数据存储在缓存中,再次读取时就可以直接从缓存中直接传输.
缓存容量的大小不同品牌、不同型号的产品各不相同,早期的硬盘缓存基本都很小,只有几百KB,已无法满足用户的需求.2MB和8MB缓存是现今主流硬盘所采用,而在服务器或特殊应用领域中还有缓存容量更大的产品,甚至达到了16MB、64MB等.大容量的缓存虽然可以在硬盘进行读写工作状态下,让更多的数据存储在缓存中,以提高硬盘的访问速率,但并不意味着缓存越大就越出众.缓存的应用存在一个算法的问题,即便缓存容量很大,而没有一个高效率的算法,那将导致应用中缓存数据的命中率偏低,无法有效发挥出大容量缓存的优势.算法是和缓存容量相辅相成,大容量的缓存需要更为有效率的算法,否则性能会大大折扣,从技术角度上说,高容量缓存的算法是直接影响到硬盘性能发挥的重要因素.更大容量缓存是未来硬盘发展的必然趋势.