為什么工控機(jī)CPU需要用到高速緩存？

時(shí)間：2021-07-26作者：上海研強(qiáng)電子科技有限公司瀏覽：67

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什么是工控機(jī)CPU高速緩存？

       CPU緩存(CacheMemory)是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時(shí)存儲器，它的容量比內(nèi)存小的多但是交換速度卻比內(nèi)存要快得多。緩存的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運(yùn)算速度與內(nèi)存讀寫速度不匹配的矛盾，因?yàn)楣た貦C(jī)CPU運(yùn)算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多，這樣會使CPU花費(fèi)很長時(shí)間等待數(shù)據(jù)到來或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分，但這一小部分是短時(shí)間內(nèi)CPU即將訪問的，當(dāng)工控機(jī)CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時(shí)，就可避開內(nèi)存直接從緩存中調(diào)用，從而加快讀取速度。

工控機(jī)CPU與PC的CPU有什么不同？

       IPC是工控機(jī)，PC是普通電腦，分別應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和普通個(gè)人及商業(yè)領(lǐng)域。同作為電腦，工控機(jī)與PC的區(qū)別還是蠻大的。作為同根生的工控電腦，主板、CPU、內(nèi)存、各種外設(shè)串并口等基本配置是相同的。普通的PC機(jī)民用級的，工控機(jī)是工業(yè)級的，所在的工作環(huán)境的要求在結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的。普通的個(gè)人電腦多數(shù)是開放的，配有一個(gè)電源風(fēng)扇向外吹風(fēng)，并且有一些散熱孔。工控機(jī)箱是被鐵皮全部包地嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的，分量很重，里面會有2個(gè)風(fēng)扇。包地嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)地，又很重可以防塵，又可屏蔽電磁干擾。pc機(jī)有一個(gè)主板，上面有CPU插槽、內(nèi)存槽、獨(dú)立顯卡等擴(kuò)展槽。工控機(jī)有一叫無源底板的母版，帶有CPU的主板要插在這個(gè)母板上特殊的插槽里，其它的擴(kuò)展板也要插在母板上，這個(gè)是和PC內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)別。此外，電源對于工控機(jī)來說，非常重要。

       工控機(jī)電源采用的電阻電容和線圈等抗沖擊抗干擾，這個(gè)是PC機(jī)的電源無法比擬的。電源通常會在采用5-30V直流電源。為什么工控機(jī)cpu需要用到緩存？緩存大小也是CPU的重要指標(biāo)之一，緩存的結(jié)構(gòu)和大小對工控機(jī)CPU的速度有很大的影響。CPU中高速緩存的運(yùn)行頻率非常高，通常以與處理器相同的頻率運(yùn)行，并且工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)**系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。在實(shí)際工作中，CPU經(jīng)常需要重復(fù)讀取相同的數(shù)據(jù)塊，高速緩存容量的增加可以大大提高CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不是尋找內(nèi)存或硬盤，從而提高了CPU的性能。系統(tǒng)。但是，由于CPU芯片尺寸和成本因素，緩存非常小。L1Cache（一級緩存）是CPU的一級緩存，分為數(shù)據(jù)緩存和指令緩存。內(nèi)置的L1緩存的容量和結(jié)構(gòu)對CPU性能有很大的影響。但是，緩存由靜態(tài)RAM組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

       當(dāng)CPU**區(qū)域不能太大時(shí)，L1類高速緩存的容量不能太大。典型服務(wù)器CPU的L1緩存大小通常在32到256KB之間。L2Cache是CPU緩存的*二層。有內(nèi)部和外部芯片。內(nèi)部芯片二級高速緩存以與主頻率相同的速度運(yùn)行，而外部二級高速緩存以主頻率的一半運(yùn)行。L2緩存容量也會影響CPU性能，越大越好。當(dāng)前，家庭中CPU是512KB，而服務(wù)器和工作站的L2高速緩存是256-1mb，有時(shí)高達(dá)2MB或3MB。L3Cache。L3Cache有兩種類型，早期的是外部的，而當(dāng)前的是內(nèi)置的。

       實(shí)際上，L3高速緩存的應(yīng)用可以進(jìn)一步減少內(nèi)存延遲并提高大數(shù)據(jù)計(jì)算中處理器的性能。減少內(nèi)存等待時(shí)間并增加大量數(shù)據(jù)中的計(jì)算能力很有幫助。通過添加L3緩存，工控服務(wù)器性能仍然有了顯著提高。例如，具有大型L3緩存的配置在利用物理內(nèi)存方面會較有效，因此其較慢的磁盤I/O子系統(tǒng)可以處理更多的數(shù)據(jù)請求。具有大型L3緩存的處理器可提供較有效的文件系統(tǒng)緩存行為，并縮短消息和處理器隊(duì)列的長度。實(shí)際上，很早的L3緩存用于AMD發(fā)布的k6-iii處理器。那時(shí)，L3緩存受制造過程的限制，并且沒有集成到芯片中，而是集成到了主板中。

       僅可與系統(tǒng)總線頻率同步的L3高速緩存與主存儲器沒有太大區(qū)別。L3高速緩存后來被英特爾的Itanium處理器用于服務(wù)器市場。然后是P4EE和MP。英特爾還計(jì)劃發(fā)布9MBL3高速緩存Itanium2處理器，以及下一個(gè)24MBL3高速緩存雙核Itanium2處理器。但是基本上，L3緩存對于提高處理器性能不是很重要。例如，配備1MBL3緩存的XeonMP處理器仍然不是Opteron的競爭對手。因此，**總線的增加比緩存的增加帶來了較有效的性能改進(jìn)。

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