使用cache可以提高计算机的运行速度,是什么原因?

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原因如下:

1,Cache缩短了CPU的等待时间。

2,Cache即高速缓冲存储器,它是位于CPU和DRAM主存之间的规模小的速度快的存储器,通常由SRAM组成。

Cache的工作原理是保存CPU最常用数据;当Cache中保存着CPU要读写的数据时,CPU直接访问Cache。由于Cache的速度与CPU相当,CPU就能在零等待状态下迅速地实现数据存取。

只有在Cache中不含有CPU所需的数据时CPU才去访问主存。Cache在CPU的读取期间依照优化命中原则淘汰和更新数据,可以把Cache看成是主存与CPU 之间的缓冲适配器,借助于Cache,可以高效地完成DRAM内存和CPU之间的速度匹配。

计算机(Computer),是一种能够按照事先存储的程序,自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。

由硬件和软件所组成,两者是不可分割的。人们把没有安装任何软件的计算机称为裸机。随着科技的发展,现在新出现一些新型计算机有:生物计算机、光子计算机、量子计算机等。

1954年5月24日,晶体管电子计算机诞生。1969年10月29日,通过ARPANET,首次实现了两台计算机的互联。计算机发明者约翰·冯·诺依曼。计算机是20世纪最先进的科学技术发明之一,对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响,并以强大的生命力飞速发展。

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现在计算机系统中都采用高速
dram(动态ram)芯片作为主存储器。早期的
cpu
速度比较慢,cpu与内存间的数据交换过程中,cpu处于等待状态的情况很多。以早期的8mhz的286为例,其时钟周期为125ns,而dram的存取时间一般为60~100ns。因此cpu与主存交换数据无须等待,这种情况称为零等待状态。所以cpu与内存直接打交道是完全不影响速度的。可是近年来cpu的时钟频率的发展速度远远超过了dram读写速度的进展。在短短几年内,cpu的时钟周期从100ns加速到几个ns,而dram经历了fpm,edo,sdram几个发展阶段,速度只不过从几十ns提高到10ns左右,dram和cpu之间的速度差,使得cpu在存储器读写总线周期中必须插入等待周期;由于cpu与内存的频繁交换数据,这极大地影响了整个系统的性能。这使得存储器的存取速度已成为整个系统的瓶颈。当然,另一种方案是采用高速的静态
ram(sram)作为主存储器与cpu匹配,问题是sram结构复杂,不仅体积大而且价格昂贵。因此,除了大力加快dram的存取速度之外,当前解决这个问题的最佳方案是采用cache技术。cache即高速缓冲存储器,它是位于cpu和dram主存之间的规模小的速度快的存储器,通常由sram组成。cache的工作原理是保存cpu最常用数据;当cache中保存着cpu要读写的数据时,cpu直接访问cache。由于cache的速度与cpu相当,cpu就能在零等待状态下迅速地实现数据存取。只有在cache中不含有cpu所需的数据时cpu才去访问主存。cache在cpu的读取期间依照优化命中原则淘汰和更新数据,可以把cache看成是主存与cpu
之间的缓冲适配器,借助于cache,可以高效地完成dram内存和cpu之间的速度匹配。
但是,片内cache容量有限,在cpu内集成大量的sram会极大的降低cpu的成品率,增加cpu的成本。在这种情况下,采取的措施是在cpu芯片片内cache与dram间再加cache,称为片外二级
cache(secondary
cache)。片外二级cache实际上是cpu与主存之间的真正缓冲。由于主板dram的响应时间远低于cpu的速度,如果没有片外二级cache,就不可能达到cpu的理想速度。片外二级
cache的容量通常比片内cache大一个数量级以上。

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