缺一不可 细数CPU二级缓存大小对性能的影响

  一级缓存和二级缓存之间的关系

  以上这两类CPU一级缓存不同的逻辑结构有什么不同？下面，我用一个例子来描述。

  假设有一个运算任务，要从“1”一直递加到“999999”。在传统的“实数据读写缓存”架构下，这一系列数据中最先用到的数据(如 “1、2……449、450”)将存储在CPU一级数据缓存中，更多的数据(如“451、452……899999、900000”)存储在CPU二级缓存中，其余的数 据(如“900001、999002……999998、999999”)暂存在内存中，CPU将按照一级数据缓存、二级缓存和内存的顺序读取这些数据。

  传统的一级数据缓存的存储方式

  但是在“数据代码指令追踪缓存”架构的CPU中，一级数据缓存并不存储这些最先用到的数据(“1、2……449、450”)，而是将这些 数据存储到二级缓存中，一级数据缓存仅仅存储这些数据在二级缓存中的起止地址(又称为：指令代码)。例如，数据“1、2……449、450” 顺序存储在二级缓存中，数据“1”所在地址为“00001F”，数据“450” 所在地址为“00451F”，实际上一级数据缓存只需要存储“00001F”和“00451F”这两个地址就可以了，而不需要存储大量的数据。

  “数据代码指令追踪缓存”架构的一级数据缓存的存储方式

  但是由于其一级数据缓存不存储数据，数据存储在二级缓存中，因此对二级缓存容量的依赖非常大，所以CPU需要更大的二级缓存容量 才能发挥出应有的性能。在实际应用中，CPU处理的数据中大多数都是0KB～128KB大小的数据，128KB～256KB的数据约有10%，256KB～512KB的 数据有5%，512KB～1MB的数据仅有3%左右。所以对于这种CPU来说，二级缓存容量从0KB增加到256KB对CPU性能的提高几乎是直线性的;增加 到512KB对CPU性能的提高稍微小一些;从512KB增加到1MB，普通用户就很难体会到CPU性能有提高了。正因为如此，大家能感受到Pentium 4 C(512KB二级缓存)与Celeron(128KB二级缓存)的性能差异，却很难感受到Pentium 4 C(512KB二级缓存)与Pentium 4 E(1MB二级缓存)的性能差异了。