什么是一级缓存

   CPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与 内存之间的临时 存储器，
它的容量比内存小的多可是交换速度却比内存要快得多。缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，由于CPU运算速度要比内存读
写速度快不少，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短期内CPU即将访问的，
当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。因而可知，在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案，这样整个内存储器（缓
存+内存）就变成了既有缓存的高速度，又有内存的大容量的存储系统了。缓存对CPU的性能影响很大，主要是由于CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带
宽引发的。

   
缓存的工做原理是当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找，若是找到就当即读取并送给CPU处理；若是没有找到，就用相对慢的速度从内存中读取并送给
CPU处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，可使得之后对整块数据的读取都从缓存中进行，没必要再调用内存。

   
正是这样的读取机制使CPU读取缓存的命中率很是高（大多数CPU可达90%左右），也就是说CPU下一次要读取的数据90%都在缓存中，只有大约10%
须要从内存读取。这大大节省了CPU直接读取内存的时间，也使CPU读取数据时基本无需等待。总的来讲，CPU读取数据的顺序是先缓存后内存。

    目前缓存基本上都是采用SRAM存储器，SRAM是英文St atic
RAM的缩写，它是一种具备静志存取功能的存储器，不须要刷新电路即能保存它内部存储的数据。不像DRAM内存那样须要刷新电路，每隔一段时间，固定要对
DRAM刷新充电一次，不然内部的数据即会消失，所以SRAM具备较高的性能，可是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，相同容量的DRAM内存能够
设计为较小的体积，可是SRAM却须要很大的体积，这也是目前不能将缓存容量作得太大的重要缘由。它的特色概括以下：优势是节能、速度快、没必要配合内存刷
新电路、可提升总体的工做效率，缺点是集成度低、相同的容量体积较大、并且价格较高，只能少许用于关键性系统以提升效率。

   
按照数据读取顺序和与CPU结合的紧密程度，CPU缓存能够分为一级缓存，二级缓存，部分高端CPU还具备三级缓存，每一级缓存中所储存的所有数据都是下
一级缓存的一部分，这三种缓存的技术难度和制形成本是相对递减的，因此其容量也是相对递增的。当CPU要读取一个数据时，首先从一级缓存中查找，若是没有
找到再从二级缓存中查找，若是仍是没有就从三级缓存或内存中查找。通常来讲，每级缓存的命中率大概都在80%左右，也就是说所有数据量的80%均可以在一
级缓存中找到，只剩下20%的总数据量才须要从二级缓存、三级缓存或内存中读取，因而可知一级缓存是整个CPU缓存架构中最为重要的部分。

    一级缓存（Level 1 Cache）简称L1
Cache，位于CPU内核的旁边，是与CPU结合最为紧密的CPU缓存，也是历史上最先出现的CPU缓存。因为一级缓存的技术难度和制形成本最高，提升
容量所带来的技术难度增长和成本增长很是大，所带来的性能提高却不明显，性价比很低，并且现有的一级缓存的命中率已经很高，因此一级缓存是全部缓存中容量
最小的，比二级缓存要小得多。

    通常来讲，一级缓存能够分为一级数据缓存（Data
Cache，D-Cache）和一级指令缓存（Instruction
Cache，I-Cache）。两者分别用来存放数据以及对执行这些数据的指令进行即时解码，并且二者能够同时被CPU访问，减小了争用Cache所形成
的冲突，提升了处理器效能。目前大多数CPU的一级数据缓存和一级指令缓存具备相同的容量，例如AMD的Athlon
XP就具备64KB的一级数据缓存和64KB的一级指令缓存，其一级缓存就以64KB+64KB来表示，其他的CPU的一级缓存表示方法以此类推。

    Intel的采用NetBurst架构的CPU（最典型的就是Pentium
4）的一级缓存有点特殊，使用了新增长的一种一级追踪缓存（Execution Trace
Cache，T-Cache或ETC）来替代一级指令缓存，容量为12KμOps，表示能存储12K条即12000条解码后的微指令。一级追踪缓存
与一级指令缓存的运行机制是不相同的，一级指令缓存只是对指令做即时的解码而并不会储存这些指令，而一级追踪缓存一样会将一些指令做解码，这些指令称为微
指令（micro-ops）,而这些微指令能储存在一级追踪缓存以内，无需每一次都做出解码的程序，所以一级追踪缓存能有效地增长在高工做频率下对指令的
解码能力，而μOps就是micro-ops，也就是微型操做的意思。它以很高的速度将μops提供给处理器核心。Intel
NetBurst微型架构使用执行跟踪缓存，将×××从执行循环中分离出来。这个跟踪缓存以很高的带宽将uops提供给核心，从本质上适于充分利用软件中
的指令级并行机制。Intel并无公布一级追踪缓存的实际容量,只知道一级追踪缓存能储存12000条微指令（micro-ops）。因此，咱们不能简
单地用微指令的数目来比较指令缓存的大小。实际上，单核心的NetBurst架构CPU使用8Kμops的缓存已经基本上够用了，多出的
4kμops能够大大提升缓存命中率。而若是要使用超线程技术的话，12KμOps就会有些不够用，这就是为何有时候Intel处理器在使
用超线程技术时会致使性能降低的重要缘由。

    例如Northwood核心的一级缓存为8KB+12KμOps，就表示其一级数据缓存为8KB，一级追踪缓存为12KμOps；而 Prescott核心的一级缓存为16KB+12KμOps，就表示其一级数据缓存为16KB，一级追踪缓存为12KμOps。在这里 12KμOps绝对不等于12KB，单位都不一样，一个是μOps，一个是Byte（字节），并且两者的运行机制彻底不一样。因此那些把 Intel的CPU一级缓存简单相加，例如把Northwood核心说成是20KB一级缓存，把Prescott核心说成是28KB一级缓存，而且据此认 为Intel处理器的一级缓存容量远远低于AMD处理器128KB的一级缓存容量的见解是彻底错误的，两者不具备可比性。在架构有必定区别的CPU对比 中,不少缓存已经难以找到对应的东西,即便相似名称的缓存在设计思路和功能定义上也有区别了，此时不能用简单的算术加法来进行对比；而在架构极为近似的 CPU对比中，分别对比各类功能缓存大小才有必定的意义。