CS:APP/深入理解计算机系统-第一章（1.5~1.6）

1.5 Caches Matter

前面1.4节介绍的hello程序运行流程里有很多次copy操作，这对实际程序是一个很大的负担。

对于系统设计工程师来说，要想办法加速copy操作。

从物理层面来说，读取大存储空间的设备内的内容时，速度会远低与读取小存储空间的设备。对应于register file和main memory，前者只存几百个byte的信息，所以读取前者的时间远小于读取后者。并且随着半导体技术的发展，processor-memory gap持续扩大，加速processor比加速main memory更容易实现。

为了解决processor-memory gap，系统设计工程师搞出来一个更小更快的设备，命名为cache memories（缓存），用于临时存储processor未来可能需要的信息。

下图展示了一个典型系统里面的缓存：

L1缓存位于processor芯片上，容量是数万个byte，访问速度几乎和register file一样快。

L2缓存容量数百万个byte，通过特殊的bus与processor项链，访问时间要比L1慢5倍左右，比Main memory短5~10倍。

L1和L2采用一种叫做静态随机存储器（static random access memory, sram）的技术实现。对于更强/更新的系统，它甚至有三级缓存：L1，L2，L3。

总的来说，缓存的思想是利用局部性（程序在局部区域访问数据和代码的趋势），系统可以获得较大的内存和较快的内存的效果。

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1.6 Storage Devices Form a Hierarchy

在processor和main memory（较大，较慢的存储设备）之间插入一个缓存（高速存储设备）在如今是一个比较通用的想法。在每个计算机系统中都有上图金字塔式的memory层次结构。

从金字塔尖到金字塔底，整体上趋向与容量变大，速度变慢。这种结构的主要思想是，一个level的存储被用作是下一个level的缓存。