【嵌入式】CPU性能提升:Cache机制

CPU性能提升:Cache机制

Cache机制是什么：

Cache是CPU的缓存机制，用于提高CPU的运行效率

为什么需要Cache机制：

CPU在自己的工作上是很快的，可以到达GHz频率上;

但需要从储存器读取数据时，效率就被RAM(我们说的RAM通常指DRAM，俗称内存)给数据的速度限制住了;

因为RAM一般只有几百MHz的工作频率，这就是CPU和RAM之间的带宽问题。

为了解决这个问题，引入了一种运行速度介于CPU和RAM之间的储存器（也是一种RAM，叫SRAM）,并且将它定义为Cache缓存;

有了Cache后，如果CPU想要的东西刚好Cache中有，那就不用再去访问慢吞吞的RAM了，从而CPU的运行效率就得到提高。

Cache机制的工作原理：

–读机制–

CPU需要读取时，先访问Cache，如果Cache中有，称为Hit命中，读走即可;
若CPU需要读取的内容在Cache中没有，CPU还是要去读取RAM，读走后，Cache也将该片的内容缓存起来；

–写机制–

当CPU需要写内存时，先写在Cache里，并且修改一个叫DietyBit的标志位，但暂时不更新在RAM中
只有当Cache需要缓存新内容时，而Cache空间又满了，需要覆盖这一块区域，才会去检查DietyBit标志位，如果查到有写记录，则把这些修改更新到RAM中再去写入新缓存

二级Cache：

在cpu只有一级Cache时，如果可以命中，那的确可以提高CPU效率；

但如果没命中，不仅要去访问RAM，还要检查DietyBit标志位，把写修改更新到RAM中，这样CPU效率反而会被拖慢；

因此引入二级Cache，在一级Cache和RAM中做一次过渡；二级Cache比一级工作频率要低，但电路成本也会降低

注意：

并不是所有的处理器都有Cache，Cache不是越大越好，越多越好
Cache会增加芯片面积和发热量，也会增加功耗和成本，所以低功耗、低成本的芯片，以及RAM速度完全跟得上CPU工作频率的芯片，是不需要Cache的
使用Cache无法保证实时性，因为未命中后去读取RAM的时间是不确定的

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