寄存器与缓存的区别

寄存器与缓存的区别

这里的缓存是指的CPU的缓存。

按与CPU远近来分，离得最近的是寄存器，然后缓存，最后内存。

所以，寄存器是最贴近CPU的，而且CPU只与寄存器中进行存取。

（寄存的意思是，暂时存放数据，不中每次从内存中取，它就是一个临时放数据的空间，火车站寄存处就是这个意思）

而寄存器的数据又来源于内存。于是 CPU《---》寄存器《-----》内存 这就是它们之间的信息交换。

那为什么有缓存呢？

因为如果老是操作内存中的同一址地的数据，就会影响速度。于是就在寄存器与内存之间设置一个缓存。

缓存就把从内存提取的数据暂时保存在里面，如果寄存器要取内存中同一位置的东西，就不用老远巴巴地跑到内存中去取，直接从缓存中提取。

因为从缓存提取的速度远高于内存。当然缓存的价格肯定远远高于内存，不然的话，机器里就没有内存的存在，只有缓存的存在了，但如果全是缓存，相信没有几个人买 得起计算机了。

由此可以看出，从远近来看： CPU〈------〉寄存器〈----》缓存《-----》内存

注意一下，寄存器并不每次数据都可以从缓存中取得数据，万一不是同一个内存地址中的数据，那寄存器还必须

直接绕过缓存从内存中取数据。所以并不每次都得到缓存中取数据，这就是缓存的命中率，从缓存中取就命中，不从缓存中取从内存中取，就没命中。当然关于缓存命中率又是一门学问，哪些留在缓存中，哪些不留在缓存中，都是命中的算法。

从经济和速度的综合考虑，又有了一级缓存和二级缓存，当然一级缓存价格远高于二级缓存，它们的作用类似，但速度上一级缓存速度明显高于二级缓存，因为价格的原因就设置了二级缓存，也不知道将来 会不会能三级缓存呢？

磁盘缓存和内存缓存的区别

内存缓存

高速缓存（英语：cache，英语发音：/kæʃ/ kash ［1］［2］［3］，简称缓存），其原始意义是指访问速度比一般随机存取存储器（RAM）快的一种RAM，通常它不像系统主存那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM技术。

原理

Cache一词来源于1967年的一篇电子工程期刊论文。其作者将法语词“cache”赋予“safekeeping storage”的涵义，用于电脑工程领域。

当CPU处理数据时，它会先到Cache中去寻找，如果数据因之前的操作已经读取而被暂存其中，就不需要再从随机存取存储器（Main memory）中读取数据——由于CPU的运行速度一般比主内存的读取速度快，主存储器周期（访问主存储器所需要的时间）为数个时钟周期。因此若要访问主内存的话，就必须等待数个CPU周期从而造成浪费。

提供“缓存”的目的是为了让数据访问的速度适应CPU的处理速度，其基于的原理是内存中“程序执行与数据访问的局域性行为”，即一定程序执行时间和空间内，被访问的代码集中于一部分。为了充分发挥缓存的作用，不仅依靠“暂存刚刚访问过的数据”，还要使用硬件实现的指令预测与数据预取技术——尽可能把将要使用的数据预先从内存中取到缓存里。

CPU的缓存曾经是用在超级计算机上的一种高级技术，不过现今电脑上使用的的AMD或Intel微处理器都在芯片内部集成了大小不等的数据缓存和指令缓存，通称为L1缓存（L1 Cache即Level 1 On-die Cache，第一级片上高速缓冲存储器）；而比L1更大容量的L2缓存曾经被放在CPU外部（主板或者CPU接口卡上），但是现在已经成为CPU内部的标准组件；更昂贵的CPU会配备比L2缓存还要大的L3缓存（level 3 On-die Cache第三级高速缓冲存储器）。

概念的扩充

如今缓存的概念已被扩充，不仅在CPU和主内存之间有Cache，而且在内存和硬盘之间也有Cache（磁盘缓存），乃至在硬盘与网络之间也有某种意义上的Cache──称为Internet临时文件夹或网络内容缓存等。凡是位于速度相差较大的两种硬件之间，用于协调两者数据传输速度差异的结构，均可称之为Cache。

地址镜像与变换

主条目：CPU缓存#组相联

由于主存容量远大于CPU缓存的容量，因此两者之间就必须按一定的规则对应起来。地址镜像就是指按某种规则把主存块装入缓存中。地址变换是指当按某种镜像方式把主存块装入缓存后，每次访问CPU缓存时，如何把主存的物理地址（Physical address）或虚拟地址（Virtual address）变换成CPU缓存的地址，从而访问其中的数据。

缓存置换策略

主条目：CPU缓存#置换策略、分页和缓存文件置换机制

主存容量远大于CPU缓存，磁盘容量远大于主存，因此无论是哪一层次的缓存都面临一个同样的问题：当容量有限的缓存的空闲空间全部用完后，又有新的内容需要添加进缓存时，如何挑选并舍弃原有的部分内容，从而腾出空间放入这些新的内容。解决这个问题的算法有几种，如最久未使用算法（LRU）、先进先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LFU）、非最近使用算法（NMRU）等，这些算法在不同层次的缓存上执行时拥有不同的效率和代价，需根据具体场合选择最合适的一种。

磁盘缓存

磁盘缓存

16MB缓冲区的硬盘

磁盘缓存（Disk Buffer）或磁盘快取（Disk Cache）实际上是将下载到的数据先保存于系统为软件分配的内存空间中（这个内存空间被称之为“内存池”），当保存到内存池中的数据达到一个程度时，便将数据保存到硬盘中。这样可以减少实际的磁盘操作，有效的保护磁盘免于重复的读写操作而导致的损坏。

磁盘缓存是为了减少CPU透过I/O读取磁盘机的次数，提升磁盘I/O的效率，用一块内存来储存存取较频繁的磁盘内容；因为内存的存取是电子动作，而磁盘的存取是I/O动作，感觉上磁盘I/O变得较为快速。

相同的技巧可用在写入动作，我们先将欲写入的内容放入内存中，等到系统有其它空闲的时间，再将这块内存的资料写入磁盘中。

大小

现在的磁盘通常有32MB或64MB缓存。旧的硬盘则有8MB或16MB。