寄存器與緩存的區別

寄存器與緩存的區別

這里的緩存是指的CPU的緩存。

按與CPU遠近來分，離得最近的是寄存器，然后緩存，最后內存。

所以，寄存器是最貼近CPU的，而且CPU只與寄存器中進行存取。

（寄存的意思是，暫時存放數據，不中每次從內存中取，它就是一個臨時放數據的空間，火車站寄存處就是這個意思）

而寄存器的數據又來源于內存。于是 CPU《---》寄存器《-----》內存 這就是它們之間的信息交換。

那為什么有緩存呢？

因為如果老是操作內存中的同一址地的數據，就會影響速度。于是就在寄存器與內存之間設置一個緩存。

緩存就把從內存提取的數據暫時保存在里面，如果寄存器要取內存中同一位置的東西，就不用老遠巴巴地跑到內存中去取，直接從緩存中提取。

因為從緩存提取的速度遠高于內存。當然緩存的價格肯定遠遠高于內存，不然的話，機器里就沒有內存的存在，只有緩存的存在了，但如果全是緩存，相信沒有幾個人買 得起計算機了。

由此可以看出，從遠近來看： CPU〈------〉寄存器〈----》緩存《-----》內存

注意一下，寄存器并不每次數據都可以從緩存中取得數據，萬一不是同一個內存地址中的數據，那寄存器還必須

直接繞過緩存從內存中取數據。所以并不每次都得到緩存中取數據，這就是緩存的命中率，從緩存中取就命中，不從緩存中取從內存中取，就沒命中。當然關于緩存命中率又是一門學問，哪些留在緩存中，哪些不留在緩存中，都是命中的算法。

從經濟和速度的綜合考慮，又有了一級緩存和二級緩存，當然一級緩存價格遠高于二級緩存，它們的作用類似，但速度上一級緩存速度明顯高于二級緩存，因為價格的原因就設置了二級緩存，也不知道將來 會不會能三級緩存呢？

磁盤緩存和內存緩存的區別

內存緩存

高速緩存（英語：cache，英語發音：/k??/ kash ［1］［2］［3］，簡稱緩存），其原始意義是指訪問速度比一般隨機存取存儲器（RAM）快的一種RAM，通常它不像系統主存那樣使用DRAM技術，而使用昂貴但較快速的SRAM技術。

原理

Cache一詞來源于1967年的一篇電子工程期刊論文。其作者將法語詞“cache”賦予“safekeeping storage”的涵義，用于電腦工程領域。

當CPU處理數據時，它會先到Cache中去尋找，如果數據因之前的操作已經讀取而被暫存其中，就不需要再從隨機存取存儲器（Main memory）中讀取數據——由于CPU的運行速度一般比主內存的讀取速度快，主存儲器周期（訪問主存儲器所需要的時間）為數個時鐘周期。因此若要訪問主內存的話，就必須等待數個CPU周期從而造成浪費。

提供“緩存”的目的是為了讓數據訪問的速度適應CPU的處理速度，其基于的原理是內存中“程序執行與數據訪問的局域性行為”，即一定程序執行時間和空間內，被訪問的代碼集中于一部分。為了充分發揮緩存的作用，不僅依靠“暫存剛剛訪問過的數據”，還要使用硬件實現的指令預測與數據預取技術——盡可能把將要使用的數據預先從內存中取到緩存里。

CPU的緩存曾經是用在超級計算機上的一種高級技術，不過現今電腦上使用的的AMD或Intel微處理器都在芯片內部集成了大小不等的數據緩存和指令緩存，通稱為L1緩存（L1 Cache即Level 1 On-die Cache，第一級片上高速緩沖存儲器）；而比L1更大容量的L2緩存曾經被放在CPU外部（主板或者CPU接口卡上），但是現在已經成為CPU內部的標準組件；更昂貴的CPU會配備比L2緩存還要大的L3緩存（level 3 On-die Cache第三級高速緩沖存儲器）。

概念的擴充

如今緩存的概念已被擴充，不僅在CPU和主內存之間有Cache，而且在內存和硬盤之間也有Cache（磁盤緩存），乃至在硬盤與網絡之間也有某種意義上的Cache──稱為Internet臨時文件夾或網絡內容緩存等。凡是位于速度相差較大的兩種硬件之間，用于協調兩者數據傳輸速度差異的結構，均可稱之為Cache。

地址鏡像與變換

主條目：CPU緩存#組相聯

由于主存容量遠大于CPU緩存的容量，因此兩者之間就必須按一定的規則對應起來。地址鏡像就是指按某種規則把主存塊裝入緩存中。地址變換是指當按某種鏡像方式把主存塊裝入緩存后，每次訪問CPU緩存時，如何把主存的物理地址（Physical address）或虛擬地址（Virtual address）變換成CPU緩存的地址，從而訪問其中的數據。

緩存置換策略

主條目：CPU緩存#置換策略、分頁和緩存文件置換機制

主存容量遠大于CPU緩存，磁盤容量遠大于主存，因此無論是哪一層次的緩存都面臨一個同樣的問題：當容量有限的緩存的空閑空間全部用完后，又有新的內容需要添加進緩存時，如何挑選并舍棄原有的部分內容，從而騰出空間放入這些新的內容。解決這個問題的算法有幾種，如最久未使用算法（LRU）、先進先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LFU）、非最近使用算法（NMRU）等，這些算法在不同層次的緩存上執行時擁有不同的效率和代價，需根據具體場合選擇最合適的一種。

磁盤緩存

磁盤緩存

16MB緩沖區的硬盤

磁盤緩存（Disk Buffer）或磁盤快?。―isk Cache）實際上是將下載到的數據先保存于系統為軟件分配的內存空間中（這個內存空間被稱之為“內存池”），當保存到內存池中的數據達到一個程度時，便將數據保存到硬盤中。這樣可以減少實際的磁盤操作，有效的保護磁盤免于重復的讀寫操作而導致的損壞。

磁盤緩存是為了減少CPU透過I/O讀取磁盤機的次數，提升磁盤I/O的效率，用一塊內存來儲存存取較頻繁的磁盤內容；因為內存的存取是電子動作，而磁盤的存取是I/O動作，感覺上磁盤I/O變得較為快速。

相同的技巧可用在寫入動作，我們先將欲寫入的內容放入內存中，等到系統有其它空閑的時間，再將這塊內存的資料寫入磁盤中。

大小

現在的磁盤通常有32MB或64MB緩存。舊的硬盤則有8MB或16MB。