cpu寄存器緩存

1. 關於cpu的寄存器與緩存的關系

cpu中的寄存器分為好多類吧！比如通用寄存器，cs，ds，ss等等，還有ip這些專用寄存器，各有各的用處啊！cpu中的緩存是用來提高計算機運行速度的！寄存器是必須的而緩存有大小之分，越大速度越快！

2. CPU寄存器和緩存有什麼區別

寄存器是匯編用上的吧！和緩沖不是一回事！

以下是C-V的
寄存器是CPU內部重要的數據存儲資源，是匯編程序員能直接使用的硬體資源之一。
由於寄存器的存取速度比內存快，所以，在用匯編語言編寫程序時，要盡可能充分利用寄存器的存儲功能。
寄存器一般用來保存程序的中間結果，為隨後的指令快速提供操作數，從而避免把中間結果存入內存，再讀取內存的操作。在高級語言(如：C/C++語言)中，也有定義變數為寄存器類型的，這就是提高寄存器利用率的一種可行的方法。

另外，由於寄存器的個數和容量都有限，不可能把所有中間結果都存儲在寄存器中，所以，要對寄存器進行適當的調度。根據指令的要求，如何安排適當的寄存器，避免操作數過多的傳送操作是一項細致而又周密的工作。
有關「寄存器的分配策略」在《編譯原理》中會有詳細的介紹。
1、 16位寄存器組

16位CPU所含有的寄存器有(見圖2.1中16位寄存器部分)：

4個數據寄存器(AX、BX、CX和DX)
2個變址和指針寄存器(SI和DI) 2個指針寄存器(SP和BP)
4個段寄存器(ES、CS、SS和DS)
1個指令指針寄存器(IP) 1個標志寄存器(Flags)

2、 32位寄存器組

32位CPU除了包含了先前CPU的所有寄存器，並把通用寄存器、指令指針和標志寄存器從16位擴充成32位之外，還增加了2個16位的段寄存器：FS和GS。

32位CPU所含有的寄存器有(見圖2.1中的寄存器)：

4個數據寄存器(EAX、EBX、ECX和EDX)
2個變址和指針寄存器(ESI和EDI) 2個指針寄存器(ESP和EBP)
6個段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS)
1個指令指針寄存器(EIP) 1個標志寄存器(EFlags)

3. 緩存是什麼意思...

緩存是指可以進行高速數據交換的存儲器，它先於內存與CPU交換數據，因此速率很快。

緩存的工作原理是當CPU要讀取一個數據時，首先從CPU緩存中查找，找到就立即讀取並送給CPU處理；沒有找到，就從速率相對較慢的內存中讀取並送給CPU處理，同時把這個數據所在的數據塊調入緩存中，可以使得以後對整塊數據的讀取都從緩存中進行，不必再調用內存。

正是這樣的讀取機制使CPU讀取緩存的命中率非常高（大多數CPU可達90%左右），也就是說CPU下一次要讀取的數據90%都在CPU緩存中，只有大約10%需要從內存讀取。這大大節省了CPU直接讀取內存的時間，也使CPU讀取數據時基本無需等待。

主要意義

緩存工作的原則，就是「引用的局部性」，這可以分為時間局部性和空間局部性。空間局部性是指CPU在某一時刻需要某個數據，那麼很可能下一步就需要其附近的數據；時間局部性是指當某個數據被訪問過一次之後，過不了多久時間就會被再一次訪問。對於應用程序而言，不管是指令流還是數據流都會出現引用的局部性現象。

以上內容參考：網路-緩存

4. 高速緩存,寄存器和CPU內的緩存這三者有什麼區別

cpu要取數據，處理數據，都要放到寄存器處理。一般寄存器不用太大，它只要存放指令一次操作的數據就夠了。
高速緩存是內存的部分拷貝，因為高速緩存速度快，把常用的數據放這里可以提高速度。
高速緩存一般不能被程序直接更改，它由硬體自己處理。程序直接讀寫cpu的寄存器，來完成操作。
一般兩者都集成在cpu上。

5. 寄存器和此CPU緩存有何區別寄存器有多大容量

寄存器屬於CPU的一個組成部分而緩存只是集成到CPU封裝內完全是和CPU獨立的器件。另外二者速度相差很大，寄存器存取速度最快
其次緩存最後是內存。三張容量上的關系就像飯碗、飯鍋和米缸的關系，容量越大級別越低，速度越慢與CPU的聯系越不密切。寄存器分通用寄存器
標志寄存器
堆棧寄存器等完成CPU的加法運算，緩存是緩沖存儲器，屬於靜態電路存儲器。
對於寄存器的容量:
16位寄存器組
16位CPU所含有的寄存器有
4個數據寄存器(AX、BX、CX和DX)
2個變址和指針寄存器(SI和DI)
2個指針寄存器(SP和BP)
4個段寄存器(ES、CS、SS和DS)
1個指令指針寄存器(IP)
1個標志寄存器(Flags)
32位寄存器組
32位CPU除了包含了先前CPU的所有寄存器，並把通用寄存器、指令指針和標志寄存器從16位擴充成32位之外，還增加了2個16位的段寄存器:FS和GS。
32位CPU所含有的寄存器有
4個數據寄存器(EAX、EBX、ECX和EDX)
2個變址和指針寄存器(ESI和EDI)
2個指針寄存器(ESP和EBP)
6個段寄存器(ES、CS、SS、DS、FS和GS)
1個指令指針寄存器(EIP)
1個標志寄存器(EFlags)

6. cpu和gpu之間的高速緩沖

cpu和gpu之間的高速緩沖一致性內存。主存（DRAM）和CPU寄存器之間存在著高首頃槐速緩存（SRAM）來作為過渡。高者友速緩存通常被封裝在CPU中。CPU通過北橋來與主存通信並控制主存。乎者

7. 存儲器層次結構中的緩存

《深入理解計算機系統》p422

6.1 存儲器層次結構中的緩存

一般而言,高速緩存( cache ,讀作「 cash 」)是一個小而快速的存儲設備,它作為存儲在更大、也更慢的設備中的數據對象的緩沖區域。使用高速緩存的過程稱為緩存( caching ,讀作「 cashing 」)。存儲器層次結構的中心思想是,對於每個 k ,位於 k 層的更快更小的存儲設備作為位於 k 十1層的更大更慢的存儲設備的緩存。換句話說,層次結構中的每一層都緩存來自較低一層的數據對象。例如,本地磁碟作為通過網路從遠程磁碟取出的文件(例如 Web 頁面)的緩存,主存作為本地磁碟上數據的緩存,依此類推,直到最小的緩存—— CPU 寄存器組。圖6-22展示了存儲器層次結構中緩存的一般性概念。第 k 十1層的存儲器被劃分成連續的數據對象組塊( chunk ),稱為塊( block )。每個塊都有一個唯一的地址或名字,使之區別於其他的塊。塊可以是固定大小的(通常是這樣的),也可以是可變大小的(例如存儲在 Web 伺服器上的遠程 HTML 文件)。例如,圖6-22中第 k 十1層存儲器被劃分成16個大小固定的塊,編號為0~15。

類似地,第 k 層的存儲器被劃分成較少的塊的集合,每個塊的大小與 k 十1層的塊的大小一樣。在任何時刻,第 k 層的緩存包含第 k 十1層塊的一個子集的副本。例如,在圖6-22中,第 k 層的緩存有4個塊的空間,當前包含塊4、9、14和3的副本。

數據總是以塊大小為傳送單元( transfer unit )在第 k 層和第 k +1層之間來回復制的。雖然在層次結構中任何一對相鄰的層次之間塊大小是固定的,但是其他的層次對之間可以有不同的塊大小。例如,在圖6-21中,L1和 LO 之間的傳送通常使用的是1個字大小的塊。L2和L1之間(以及I3和I2之間、L4和I3之間)的傳送通常使用的是幾十個位元組的

塊。而L5和L4之間的傳送用的是大小為幾百或幾千位元組的塊。一般而言,層次結構中較低層(離 CPU 較遠)的設備的訪問時間較長,因此為了補償這些較長的訪問時間,傾向於使用較大的塊。

1. 緩存命中

當程序需要第 k 十1層的某個數據對象 d 時,它首先在當前存儲在第 k 層的一個塊中查找 d 。如果 d 剛好緩存在第 k 層中,那麼就是我們所說的緩存命中( cache hit )。該程序直接從第 k 層讀取 d ,根據存儲器層次結構的性質,這要比從第 k +1層讀取 d 更快。例如,一個有良好時間局部性的程序可以從塊14中讀出一個數據對象,得到一個對第 k 層的緩存命中。

2. 緩存不命中

另一方面,如果第 k 層中沒有緩存數據對象 d ,那麼就是我們所說的緩存不命中( cache miss )。當發生緩存不命中時,第 k 層的緩存從第 k 十1層緩存中取出包含 d 的那個塊,如果第 k 層的緩存已經滿了,可能就會覆蓋現存的一個塊。

覆蓋一個現存的塊的過程稱為替換( replacing )或驅逐( evicting )這個塊。被驅逐的這個塊有時也稱為犧牲塊( victim block )。決定該替換哪個塊是由緩存的替換策略( replace — ment policy )來控制的。例如,一個具有隨機替換策略的緩存會隨機選擇一個犧牲塊。一個具有最近最少被使用 LRU )替換策略的緩存會選擇那個最後被訪問的時間距現在最遠的塊。

在第 k 層緩存從第 k 十1層取出那個塊之後,程序就能像前面一樣從第 k 層讀出 d 了。例如,在圖6-22中,在第 k 層中讀塊12中的一個數據對象,會導致一個緩存不命中,因為塊12當前不在第 k 層緩存中。一旦把塊12從第 k 十1層復制到第 k 層之後,它就會保持在那裡,等待稍後的訪問。

3. 緩存不命中的種類

區分不同種類的緩存不命中有時候是很有幫助的。如果第 k 層的緩存是空的,那麼對

任何數據對象的訪問都會不命中。一個空的緩存有時被稱為冷緩存( cold cache ),此類不命中稱為強制性不命中( compulsory miss )或冷不命中( cold miss )。冷不命中很重要,因為它們通常是短暫的事件,不會在反復訪問存儲器使得緩存暖身( warmed up )之後的穩定狀態中出現。

只要發生了不命中,第 k 層的緩存就必須執行某個放置策略( placement policy ),確定把它從第 k 十1層中取出的塊放在哪裡。最靈活的替換策略是允許來自第 k +1層的任何塊放在第 k 層的任何塊中。對於存儲器層次結構中高層的緩存(靠近 CPU ),它們是用硬體來實現的,而且速度是最優的,這個策略實現起來通常很昂貴,因為隨機地放置塊,定位起來代價很高。

因此,硬體緩存通常使用的是更嚴格的放置策略,這個策略將第 k 十1層的某個塊限制放置在第 k 層塊的一個小的子集中(有時只是一個塊)。例如,在圖6-22中,我們可以確定第 k 十1層的塊 i 必須放置在第 k 層的塊( i mod 4)中。例如,第 k 十1層的塊0、4、8和12會映射到第 k 層的塊0;塊1、5、9和13會映射到塊1;依此類推。注意,圖6-22中的示例緩存使用的就是這個策略。

這種限制性的放置策略會引起一種不命中,稱為沖突不命中( conflict miss ),在這種情況中,緩存足夠大,能夠保存被引用的數據對象,但是因為這些對象會映射到同一個緩存塊,緩存會一直不命中。例如,在圖6-22中,如果程序請求塊0,然後塊8,然後塊0,然後塊8,依此類推,在第 k 層的緩存中,對這兩個塊的每次引用都會不命中,即使這個緩存總共可以容納4個塊。

程序通常是按照一系列階段(如循環)來運行的,每個階段訪問緩存塊的某個相對穩定不變的集合。例如,一個嵌套循環可能會反復地訪問同一個數組的元素。這個塊的集合稱為這個階段的工作集( working set )。當工作集的大小超過緩存的大小時,緩存會經歷容量不命中( capacity miss )。換句話說就是,緩存太小了,不能處理這個工作集。

4. 緩存管理

正如我們提到過的,存儲器層次結構的本質是,每一層存儲設備都是較低一層的緩存。在每一層上,某種形式的邏輯必須管理緩存。這里,我們的意思是指某個東西要將緩存劃分成塊,在不同的層之間傳送塊,判定是命中還是不命中,並處理它們。管理緩存的邏輯可以是硬體、軟體,或是兩者的結合。

例如,編譯器管理寄存器文件,緩存層次結構的最高層。它決定當發生不命中時何時發射載入,以及確定哪個寄存器來存放數據。L1、L2和L3層的緩存完全是由內置在緩存中的硬體邏輯來管理的。在一個有虛擬內存的系統中, DRAM 主存作為存儲在磁碟上的數據塊的緩存,是由操作系統軟體和 CPU 上的地址翻譯硬體共同管理的。對於一個具有像 AFS 這樣的分布式文件系統的機器來說,本地磁碟作為緩存,它是由運行在本地機器上的 AFS 客戶端進程管理的。在大多數時候,緩存都是自動運行的,不需要程序採取特殊的或顯式的行動。

6.3.2 存儲器層次結構概念小結

概括來說,基於緩存的存儲器層次結構行之有效,是因為較慢的存儲設備比較快的存儲設備更便宜,還因為程序傾向於展示局部性:

1）利用時間局部性: 由於時間局部性,同一數據對象可能會被多次使用。一旦一個數據對象在第一次不命中時被復制到緩存中,我們就會期望後面對該目標有一系列的訪問命中。因為緩存比低一層的存儲設備更快,對後面的命中的服務會比最開始的不命中快很多。

2）利用空間局部性: 塊通常包含有多個數據對象。由於空間局部性,我們會期望後面對該塊中其他對象的訪問能夠補償不命中後復制該塊的花費。現代系統中到處都使用了緩存。正如從圖6-23中能夠看到的那樣, CPU 晶元、操作系統、分布式文件系統中和萬維網上都使用了緩存。各種各樣硬體和軟體的組合構成和管理著緩存。注意,圖6-23中有大量我們還未涉及的術語和縮寫。在此我們包括這些術語和縮寫是為了說明緩存是多麼的普遍。

8. cpu的高速緩沖存儲器cache可以長期存放數據

cpu的高速緩沖存儲睜衫器cache是不可以長期存放數據的。游皮cpu的高速緩沖存儲器悉磨腔，簡稱高速緩存或者Cache，是一種尺寸較小、讀寫效率介於寄存器和RAM型主存儲器之間的易失性存儲器(即無法永久性存儲數據)。