为微体系结构中的高速缓存技术写一篇详细的介绍
user
为微体系结构中的高速缓存技术写一篇详细的介绍
assistant
## 微体系结构中的高速缓存技术

随着工艺技术的发展，处理器的运算速度和内存容量按摩尔定律的预测指数增加，但内存速度提高非常缓慢，与处理器速度的提高形成了“剪刀差”。工艺技术的上述特点使得访存延迟成为以存储器为中心的冯诺依曼结构的主要瓶颈。高速缓存技术利用程序访问内存的时间局部性（一个单元如果当前被访问，则近期很有可能被访问）和空间局部性（一个单元被访问后，与之相邻的单元也很有可能被访问），使用速度较快、容量较小的高速缓存临时保存处理器常用的数据，使得处理器的多数访存操作可以在高速缓存上快速进行，只有少量访问高速缓存不命中的访存操作才访问内存。高速缓存是内存的映像，其内容是内存内容的子集，处理器访问高速缓存和访问内存使用相同的地址。从20世纪80年代开始，RISC处理器就开始在处理器芯片内集成KB级的小容量高速缓存。现代处理器则普遍在片内集成多级高速缓存，典型的多核处理器每个处理器核一级指令和数据高速缓存各几十KB，二级高速缓存为几百KB，而多核共享的三级高速缓存为几MB到几十MB。高速缓存技术和指令流水线技术相得益彰。访问处理器片外内存的长延迟使流水线很难发挥作用，使用片内高速缓存可以有效降低流水线的访存时间，提高流水线效率。高速缓存容量越大，则流水线效率越高，处理器性能越高。