【知识】缓存:一种提高CPU和内存之间数据交换效率的设施

缓存是一种用于提高CPU和内存之间数据交换效率的存储设施，它位于CPU内部，使用静态RAM（SRAM）技术，比动态RAM（DRAM）更快，但也更昂贵。缓存的作用是将CPU经常访问的数据或指令暂时存放在其中，以减少CPU访问内存的次数和延迟，从而提高CPU的性能。

缓存有多个级别，通常分为L1、L2和L3三级。L1缓存是最快也最小的缓存，它通常分为指令缓存和数据缓存，分别用于存放CPU要执行的指令和要处理的数据。L2缓存是次快也次小的缓存，它用于存放L1缓存中没有找到的数据或指令。L3缓存是最慢也最大的缓存，它用于存放L2缓存中没有找到的数据或指令。一般来说，L1和L2缓存是每个CPU核心独有的，而L3缓存是所有核心共享的。

下图展示了一个典型的CPU、缓存和内存之间的关系：

当CPU需要访问某个数据或指令时，它会先在L1缓存中查找，如果找到了，则称为缓存命中（Cache Hit），并直接从L1缓存中获取该数据或指令。如果没有找到，则称为缓存未命中（Cache Miss），并继续在L2缓存中查找。如果在L2缓存中找到了，则从L2缓存中获取该数据或指令，并将其复制到L1缓存中。如果在L2缓存中也没有找到，则继续在L3缓存中查找。如果在L3缓存中找到了，则从L3缓存中获取该数据或指令，并将其复制到L2和L1缓存中。如果在L3缓存中也没有找到，则最后在内存中查找。如果在内存中找到了，则从内存中获取该数据或指令，并将其复制到L3、L2和L1缓存中123。

由此可见，CPU访问不同级别的缓存或内存所需的时间是不同的，越靠近CPU核心的缓存越快，越远离CPU核心的内存越慢。因此，为了提高CPU的运行效率，应尽量使CPU访问的数据或指令能够命中高速度的高级别的缓存。