CPU快取有什麼用？ 快取也是CPU裡一項很重要的引數，不容忽視。 由於CPU的運算速度特別快，在記憶體條的讀寫忙不過來的時候，CPU就可以把這部分資料存入快取中，以此來緩解CPU的運算速度與記憶體條讀寫速度不匹配的矛盾，所以快取是越大越好。

快取大小是CPU的重要指標之一，而且快取的結構和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內快取的執行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大於系統記憶體和硬碟。

按照資料讀取順序和與CPU結合的緊密程度，CPU快取可以分為一級快取，二級快取，如今主流CPU還有三級快取，甚至有些CPU還有四級快取。每一級快取中所儲存的全部資料都是下一級快取的一部分，這三種快取的技術難度和製造成本是相對遞減的，所以其容量也是相對遞增的。

1、縮短延遲

訪問快取的時間應該儘可能縮短，可以透過多種的方式縮短這個時間，比如能夠透過減小快取的大小或關聯性來降低快取的延遲，還有方式預測、增加頻寬等方法。

2、提升命中率

3、降低更低級別記憶體下的開銷

快取記憶體是記憶體層次結構的一部分，其效能會影響其它效能，處理其它記憶體花費的時間越長，意味著系統性能越低，也就是說盡可能讓處理在快取中完成。

4、減少錯失懲罰

快取中不能命中是無法避免的事情，但是我們可以減少處理未命中所需的時間以獲得更好的處理器效能，透過提升命中率並透過應用不同的最佳化，能夠降低錯失懲罰。

快取記憶體是CPU中十分重要的部分，佔據了大量的資源開銷和成本，如果您看過CPU架構圖的話，您就會發現快取佔據了至少50%的面積，絕對至關重要。

CPU快取的作用說白了就是提高命中率、降低延遲、降低記憶體開銷、減少錯失懲罰等，其作用是能夠提升CPU的工作效率即可。CPU快取越大越好，尤其是一些專業設計、影片渲染，由於CPU運算資料量大，對大快取依賴較高。普通需求或一般遊戲需求，對快取要求相對不是很高，這或許是一些普通使用者容易忽視快取的一個因素吧。

決定電腦CPU的效能，主要由主頻、核心、執行緒、架構等引數決定。其中，主頻、核心執行緒、架構作為核心引數，我們會關心得比較多一些。而CPU快取相對比較容易被忽視。

儲存層次是在計算機體系結構下儲存系統層次結構的排列順序。每一層對下一層相比都擁有較高的速度和較低延遲性，以及較小的容量（也有少量例外，如AMD早期的Duron CPU）。大部分現今的中央處理器的速度都非常的快。大部分程式工作量需要儲存器訪問。由於快取記憶體的效率和儲存器傳輸位於層次結構中的不同等級，所以實際上會限制處理的速度，導致中央處理器花費大量的時間等待儲存器I/O完成工作。

1、暫存器，可能是最快的訪問。在32位處理器，每個暫存器就是32位。X86處理器共有16個暫存器。

2、快取記憶體（L1-L3：SRAM）

第一級快取記憶體（L1）通常訪問只需要幾個週期，通常是幾十個KB。

第二級快取記憶體（L2）比L1約有2到10倍較高延遲性，通常是幾百個KB或更多。

第三級快取記憶體（L3）不一定有，比L2更高的延遲性，通常有數MB之大。

第四級快取記憶體（L4）不普遍，CPU外部的DRAM，但速度比主存高。

3、主存（DRAM）訪問需要幾百個週期，可以大到數十GB。

4、磁碟儲存 需要成千上百個週期，容量非常大。

L1最靠近CPU核心，L2其次，L3再次，然後是L4.執行速度方面：L1最快、L2次快、L3次慢，然後是L4；容量方面：L1最小、L2較大、L3再大、L4最大。CPU會先在最快的L1中尋找需要的資料，找不到再去次快的L2，再找不到再去找L3，L3沒有再去找L4，L4還找不到就只能去記憶體找了。

並不是每個CPU都會使用SRAM作為CPU快取，IBM的Power系列處理器就使用了eDRAM作為CPU快取。比如Interl Haswell I7-4750H這個CPU，CPU內嵌入了128MB的eDRAM作為視訊記憶體讓核心顯示卡Iris Pro 5200使用，在不適用核心顯示卡的時候，128MB eDRAM將會成為處理器的L4四級快取。當然，I7-4750H多了L4之後在處理器效能上也沒有提高多少，eDRAM主要作用還是在於給核心顯示卡當視訊記憶體上。

在說四級快取以前我們先大概看下CPU快取的歷史。

CPU剛出現的時候是沒有快取的，但是人們發現，CPU的執行速度遠遠高於記憶體的執行速度，導致有時CPU內部處理完指令後沒活幹了，而記憶體的指令又不能及時送到，所以就為CPU添加了快取，將最常呼叫的指令放在快取裡。

但是由於CPU的製作工藝難度大，所以無法在CPU上整合太大的快取，大小一般都是KB級的。所以人們又在CPU外增加了快取，即二級快取。大小可以達到MB的級別了。並且讀取速度仍然和一級快取一樣高，區別就是由於離CPU有點遠了，延遲會稍稍的增加。

而且二級快取的大小也漸漸不能滿足科技的飛速發展，所以更大的三級快取出現了，雖然速度偏慢，但是仍然高出記憶體速度數個數量級，而且現在CPU速度越來越快，三級快取的重要性也越發重要，一般在測評關鍵資料時以前關注的二級快取已經變為了三級快取。

那麼網上所說的L4四級快取是什麼呢，我引用一張從Intel官網轉來的圖片為大家解釋一下，可以看出四級快取是和三級快取相連的，所以四級快取其實並不是一個獨立運作的快取，不像其他快取，比如一級快取找不到去二級快取找，二級快取找到了就讀取到CPU中，四級快取就是一個三級快取的拓展，比如有個1M大的指令，放在三級快取顯然不現實，那麼就將其放入四級快取中，但是在三級快取仍然留有它的資訊，用的時候直接讀取三級快取中它在四級快取中的地址就可以了。

其實在後來的Intel的官方圖中我們可以發現，他們已經取消了L4的叫法，因為它的作用其實和記憶體是差不多的：大小不是快取級別的了；執行頻率也和快取差距太大，所以它更多的作用是協調L3和記憶體之間巨大的速度差異。

當然，快取出現的必要性本來就建立在CPU速度快記憶體跟不上的前提下，雖然記憶體在未來的一段時間速率肯定是追不上CPU的，但是如果CPU效能不夠強，比如低壓移動CPU，那麼四級快取的意義其實並不大。