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简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响

答案:  CPU二级缓存作为一级缓存的“后备仓库”,用于为一级缓存存储更多的数据,减少CPU直接访问内存 的次数。理论上,CPU访问并调用缓存的数据所占的比重越大,则CPU访问并调用内存的数据所占的比重就越小,那么因访问内存而耽误的时间 就越少。所以缓存的容量越大,CPU的实际效率也就越高,性能就越强。

  实际上,现在Intel和AMD处理器在一级缓存的逻辑结构设计上有所不同,所以二级缓存对CPU性能的影响也不尽相同。因为CPU读取的 数据(包括指令)中有80%的数据来自一级缓存,所以一级缓存的逻辑结构决定了CPU二级缓存容量对CPU性能的影响。Intel的Pentium 4及Celeron系列处理器的一级数据缓存被称为“数据代码指令追踪(读写)缓存”;AMD的Athlon 64/Athlon XP/Sempron/Duron系列处理器 的一级数据缓存叫作“实数据读写缓存”。

这两类CPU一级缓存不同的逻辑结构有什么不同?下面,我用一个例子来描述。

  假设有一个运算任务,要从“1”一直递加到“999999”。在传统的“实数据读写缓存”架构下,这一系列数据中最先用到的数据(如 “1、2……449、450”)将存储在CPU一级数据缓存中,更多的数据(如“451、452……899999、900000”)存储在CPU二级缓存中,其余的数 据(如“900001、999002……999998、999999”)暂存在内存中,CPU将按照一级数据缓存、二级缓存和内存的顺序读取这些数据。

但是在“数据代码指令追踪缓存”架构的CPU中,一级数据缓存并不存储这些最先用到的数据(“1、2……449、450”),而是将这些 数据存储到二级缓存中,一级数据缓存仅仅存储这些数据在二级缓存中的起止地址(又称为:指令代码)。例如,数据“1、2……449、450” 顺序存储在二级缓存中,数据“1”所在地址为“00001F”,数据“450” 所在地址为“00451F”,实际上一级数据缓存只需要存储“00001F”和“00451F”这两个地址就可以了,而不需要存储大量的数据。

但是由于其一级数据缓存不存储数据,数据存储在二级缓存中,因此对二级缓存容量的依赖非常大,所以CPU需要更大的二级缓存容量 才能发挥出应有的性能。在实际应用中,CPU处理的数据中大多数都是0KB~128KB大小的数据,128KB~256KB的数据约有10%,256KB~512KB的 数据有5%,512KB~1MB的数据仅有3%左右。所以对于这种CPU来说,二级缓存容量从0KB增加到256KB对CPU性能的提高几乎是直线性的;增加 到512KB对CPU性能的提高稍微小一些;从512KB增加到1MB,普通用户就很难体会到CPU性能有提高了。正因为如此,大家能感受到Pentium 4 C(512KB二级缓存)与Celeron(128KB二级缓存)的性能差异,却很难感受到Pentium 4 C(512KB二级缓存)与Pentium 4 E(1MB二级缓存)的性能差异了。


例如,同为2.8GHz主频的Celeron D(256KB二级缓存)和Pentium 4 E(1MB二级缓存)运算super π 104万位的耗时分别为56秒和48秒 ,除去外频(前者为133MHz,后者为200MHz)的差异和超线程技术的影响,两者的性能差距只有10%左右,对于普通用户而言这样的性能差距 是微不足道的;只有对CPU运算性能要求“苛刻”的玩家来说更大的二级缓存容量才是必须的。

下面要讲一下重点:相对的,由于AMD的Athlon 64/Athlon XP/Sempron/Duron系列产品的一级数据缓存直接存储数据,而且128KB的容量在大多数情况下就 可以承担CPU所急需的数据,所以其二级缓存对CPU性能的影响并没有那么大。这也就解释了为什么主频和外频相同的Athlon XP(256KB或512KB二级缓存)和Duron(64KB二级缓存)虽然二级缓存容量差异巨大,但实际性能差距不大的原因。而且Athlon 64/Sempron 系列CPU在内存控制器、流水线长度、频率、总线架构和扩展指令集等诸多方面与以前的产品都有差异,因此在性能上受二级缓存容量的影响就 更小了。

综上所述,在CPU性能方面,并非只从二级缓存容量上作对比就可以得到准确的答案,实际上还要考虑到缓存的总体设计结构、一级数 据缓存容量等因素。虽然从总体上来讲,二级缓存容量越大越好,但是并不是二级缓存容量提高一倍就能使CPU性能提升一倍。因此对于一般家 庭用户来说,电脑主要是用来上网、欣赏音乐和电影以及文字处理,二级缓存为256KB的Celeron D或Sempron已经足够了。只有对3D游戏、办公软件和多媒体编辑性能要求较高的用户才需要更大二级缓存的CPU




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所以大家不要看到P4E的1MB缓存就以为最快,见到和C4一样L2大小的754闪龙处理器就妄下定论性能不济,因为它们的架构不同,所以L2对性能的影响也相差很多.

我们决定在测试中比较同频率不同缓存容量的Sempron处理器,测试结果将告诉我们,AMD这次降低最新Sempron的缓存容量是否存在风险。此外我们也将拿以下四款处理器: Sempron 2600+ (128KB L2 缓存), Sempron 3100+ (256KB L2 缓存), Athlon 64 3000+ (512KB L2 缓存)和Athlon 64 3400+ (1024KB L2 缓存),将它们都设定在1.6GHz频率下,再看看缓存大小对性能的影响

简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图一)

简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图二)
简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图三)
简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图四)
简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图五)
简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图六)

简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图七)
简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图八)
简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图九)
简单阐述一下二级缓存对不同架构处器器性能的影响(图十)
游戏的表现似乎很看重二级缓存,128KB和1024KB的成绩最大差距达到21%(DOOM3测试中),平均起来,128KB L2缓存要比1024KB L2的成绩低12-13%,当然这都是在同频率下测试的
以上的各项测试成绩让我们了解到,缓存容量对于不同处理器的性能影响的确不同。我们统计了一下,128KB缓存的Sempron比256KB缓存的Sempron平均只慢了1.2%,而比1MB缓存的Athlon 64只慢了6%左右
不过需要提醒大家的是,游戏的表现往往更看重缓存容量,如果你是专为玩游戏而买L2较小的处理器的话,还需要好好考虑一下。

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(出处:http://www.zzzyk.com/)


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