为什么cpu缓存分级 CPU为什么需要缓存分级？

1、减小CPu与内存访问速度差距

CPU的计算速度非常快，然而访问内存的速度却慢得多。为了减小CPU与内存访问速度差距，CPU内部嵌入了缓存来提高计算效率。

缓存是一种高速存储器，它位于CPU内部，与CPU之间的访问速度非常快。CPU把内存中最常用的数据和指令预先保存到缓存中，下次需要使用这些数据和指令时，就可以直接从缓存中读取。

为了提高缓存的效率，CPU缓存分级。不同级别的缓存拥有不同的容量、速度和价格。通常情况下，一般大型电脑的CPU有三级缓存，而较为简单的CPU只有两级缓存。

2、满足不同的访问需要

CPU缓存分级是为了满足不同的访问需要。例如，一些常用数据被存储在第一级缓存中，利用第一级缓存可以快速地、无需访问再次存放在内存中的这些常用数据和指令。当找不到需要的数据时，CPU从第二级缓存中查找。如果第二级缓存中仍找不到，才会到内存中查找。这种分级架构使得CPU访问数据的速度更快，同时也避免访问内存的开销。

此外，不同的应用程序需要不同的存储体系结构来达到更好的性能。许多通用处理器使用多级缓存来满足不同的访问需要。比如，在高性能计算机中，第一级缓存非常小，因为它需要快速存储和访问指令和数据，而不需要太多的存储容量，同时第二级和第三级缓存的容量较大。而在智能手机等轻型设备中，第一级缓存容量很大，因为它需要快速处理数据和指令，而且不需要太多的存储容量。

3、减少CPU的主存争用

主存是所有应用程序共享的，并且主存的容量通常比较小，为了降低CPU和其他应用程序使用主存的竞争，使用缓存是非常有必要的。

缓存具有清空和填充两种操作，当CPU执行写操作时，它只会将数据写入缓存而不会直接写入主存。当缓存满了的时候，CPU会选择一些最近不常用的数据丢弃，来腾出空间给新的数据。通过这两种机制，缓存可以减少CPU访问主存的次数，从而减少CPU和其他应用程序之间的争用。

4、提高处理器利用率

处理器的运行速度和缓存的命中率密切相关。命中率是指当CPU读取数据时，该数据在缓存中的比例，命中率越高，处理器的效率就越高。

因此，缓存的设计需要考虑多种因素，包括缓存大小、缓存的速度、缓存数据的存储方式、缓存数据的更新机制等。CPU缓存分级可以更好地满足这些需求，在最短的时间内提供最值得缓存数据，从而最大限度地利用CPU资源。