快取就是資料交換的緩衝區（稱作Cache），當某一硬體要讀取資料時，會首先從快取中查詢需要的資料，如果找到了則直接執行，找不到的話則從記憶體中找。由於快取的執行速度比記憶體快得多，故快取的作用就是幫助硬體更快地執行。

因為快取往往使用的是RAM（斷電即掉的非永久儲存），所以在用完後還是會把檔案送到硬碟等儲存器裡永久儲存。電腦裡最大的快取就是記憶體條了，最快的是CPU上鑲的L1和L2快取，顯示卡的視訊記憶體是給顯示卡運算晶片用的快取，硬碟上也有16M或者32M的快取。

1特點

快取是指可以進行高速資料交換的儲存器，它先於記憶體與CPU交換資料，因此速率很快。L1　Cache(一級快取)是CPU第一層快取記憶體。內建的L1快取記憶體的容量和結構對CPU的效能影響較大，不過高速緩衝儲存器均由靜態RAM組成，結構較複雜，在CPU管芯面積不能太大的情況下，L1級快取記憶體的容量不可能做得太大。一般L1快取的容量通常在32—256KB。L2　Cache(二級快取)是CPU的第二層快取記憶體，分內部和外部兩種晶片。內部的晶片二級快取執行速率與主頻相同，而外部的二級快取則只有主頻的一半。L2快取記憶體容量也會影響CPU的效能，原則是越大越好，普通桌上型電腦CPU的L2快取一般為128KB到2MB或者更高，筆記本、伺服器和工作站上用CPU的L2快取記憶體最高可達1MB-3MB。

快取只是記憶體中少部分資料的複製品，所以CPU到快取中尋找資料時，也會出現找不到的情況（因為這些資料沒有從記憶體複製到快取中去），這時CPU還是會到記憶體中去找資料，這樣系統的速率就慢下來了，不過CPU會把這些資料複製到快取中去，以便下一次不要再到記憶體中去取。隨著時間的變化，被訪問得最頻繁的資料不是一成不變的，也就是說，剛才還不頻繁的資料，此時已經需要被頻繁的訪問，剛才還是最頻繁的資料，又不頻繁了，所以說快取中的資料要經常按照一定的演算法來更換，這樣才能保證快取中的資料是被訪問最頻繁的。

2.工作原理

快取的工作原理是當CPU要讀取一個數據時，首先從CPU快取中查詢，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記憶體中讀取並送給CPU處理，同時把這個資料所在的資料塊調入快取中，可以使得以後對整塊資料的讀取都從快取中進行，不必再呼叫記憶體。正是這樣的讀取機制使CPU讀取快取的命中率非常高（大多數CPU可達90%左右），也就是說CPU下一次要讀取的資料90%都在CPU快取中，只有大約10%需要從記憶體讀取。這大大節省了CPU直接讀取記憶體的時間，也使CPU讀取資料時基本無需等待。總的來說，CPU讀取資料的順序是先快取後記憶體。

RAM(Random-Access

Memory)和ROM(Read-Only

Memory)相對的，RAM是掉電以後，其中的資訊就消失那一種，ROM在掉電以後資訊也不會消失那一種。RAM又分兩種，一種是靜態

RAM，SRAM(Static RAM)；一種是動態RAM，DRAM(Dynamic RAM)。前者的儲存速率要比後者快得多，使用的記憶體一般都是動態RAM。為了增加系統的速率，把快取擴大就行了，擴的越大，快取的資料越多，系統就越快了，快取通常都是靜態RAM，速率是非常的快， 但是靜態RAM整合度低（儲存相同的資料，靜態RAM的體積是

動態RAM的6倍）， 價格高（同容量的靜態RAM是動態RAM的四倍）， 由此可見，擴大靜態RAM作為快取是一個非常愚蠢的行為，

但是為了提高系統的效能和速率，必須要擴大快取， 這樣就有了一個折中的方法，不擴大原來的靜態RAM快取，而是增加一些高速動態RAM做為快取，

這些高速動態RAM速率要比常規動態RAM快，但比原來的靜態RAM快取慢， 把原來的靜態RAM快取叫一級快取，而把後來增加的動態RAM叫二級快取。

一.CPU快取

介紹

CPU快取

CPU快取（Cache Memory）是位於CPU與記憶體之間的臨時儲存器，它的容量比記憶體小的多但是交換速率卻比記憶體要快得多。快取的出現主要是為了解決CPU運算速率與記憶體讀寫速率不匹配的矛盾，因為CPU運算速率要比記憶體讀寫速率快很多，這樣會使CPU花費很長時間等待資料到來或把資料寫入記憶體。在快取中的資料是記憶體中的一小部分，但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的，當CPU呼叫大量資料時，就可避開記憶體直接從快取中呼叫，從而加快讀取速率。由此可見，在CPU中加入快取是一種高效的解決方案，這樣整個記憶體儲器（快取+記憶體）就變成了既有快取的高速率，又有記憶體的大容量的儲存系統了。快取對CPU的效能影響很大，主要是因為CPU的資料交換順序和CPU與快取間的頻寬引起的。

快取基本上都是採用SRAM儲存器，SRAM是英文Static RAM的縮寫，它是一種具有靜態存取功能的儲存器，不需要重新整理電路即能儲存它內部儲存的資料。不像DRAM記憶體那樣需要重新整理電路，每隔一段時間，固定要對DRAM重新整理充電一次，否則內部的資料即會消失，因此SRAM具有較高的效能，但是SRAM也有它的缺點，即它的整合度較低，相同容量的DRAM記憶體可以設計為較小的體積，但是SRAM卻需要很大的體積，這也是不能將快取容量做得太大的重要原因。它的特點歸納如下：優點是節能、速率快、不必配合記憶體重新整理電路、可提高整體的工作效率，缺點是整合度低、相同的容量體積較大、而且價格較高，只能少量用於關鍵性系統以提高效率。

工作原理

1、讀取順序

CPU要讀取一個數據時，首先從Cache中查詢，如果找到就立即讀取並送給CPU處理；如果沒有找到，就用相對慢的速度從記憶體中讀取並送給CPU處理，同時把這個資料所在的資料塊調入Cache中，可以使得以後對整塊資料的讀取都從Cache中進行，不必再呼叫記憶體。

正是這樣的讀取機制使CPU讀取Cache的命中率非常高（大多數CPU可達90%左右），也就是說CPU下一次要讀取的資料90%都在Cache中，只有大約10%需要從記憶體讀取。這大大節省了CPU直接讀取記憶體的時間，也使CPU讀取資料時基本無需等待。總的來說，CPU讀取資料的順序是先Cache後記憶體。

2、快取分類

Intel從Pentium開始將Cache分開，通常分為一級快取記憶體L1和二級快取記憶體L2。在以往的觀念中，L1 Cache是整合在CPU中的，被稱為片內Cache。在L1中還分資料Cache（D-Cache）和指令Cache（I-Cache）。它們分別用來存放資料和執行這些資料的指令，而且兩個Cache可以同時被CPU訪問，減少了爭用Cache所造成的衝突，提高了處理器效能。

3、讀取命中率

CPU在Cache中找到有用的資料被稱為命中，當Cache中沒有

CPU所需的資料時（這時稱為未命中），CPU才訪問記憶體。從理論上講，在一顆擁有2級Cache的CPU中，讀取L1

Cache的命中率為80%。也就是說CPU從L1 Cache中找到的有用資料佔資料總量的80%，剩下的20%從L2

Cache讀取。由於不能準確預測將要執行的資料，

讀取L2的命中率也在80%左右（從L2讀到有用的資料佔總資料的16%）。那麼還有的資料就不得不從記憶體呼叫，但這已經是一個相當小的比例了。在一些高

端領域的CPU（像Intel的Itanium）中，我們常聽到L3 Cache，它是為讀取L2

Cache後未命中的資料設計的—種Cache，在擁有L3 Cache的CPU中，只有約5%的資料需要從記憶體中呼叫，這進一步提高了CPU的效率。

可以理解為一段記憶體，記憶體的寬度是一個cache line，長度是cache size/cache line長度。

cache具有高速訪問的性質，因為使用SRAM而非DRAM，具有3-5倍的訪問速度和6倍的體積，因此cache容量通常不會很大。同時為了提高訪問速度，距離CPU更近。

工作原理與記憶體接近，將需要的指令和資料當日對應的cache line，CPU會取到對應位置的資料和指令，並且cache會存放一些熱點資料，下一次CPU使用的時候會先去cache裡面找，如果找不到再去記憶體讀（volatile除外）。