通俗易懂讲解二级缓存和三级缓存的区别

二级缓存和三级缓存是计算机系统中常见的两种缓存层级，它们在功能和性能上有很明显的区别。

在探讨了CPU性能的关键因素后，我们了解到缓存是其中重要的一环。特别是二级缓存和三级缓存，它们的存在和差异经常引发疑问。接下来，我们对这些问题进行详细解析。

缓存的工作原理在于，当CPU需要数据时，会首先在缓存中查找，快速响应。如果未找到，会从慢速的内存中获取，并将数据块存入缓存，以便后续快速访问。缓存按层次划分，有一级缓存、二级缓存和三级缓存。

二级缓存的引入是为了平衡一级缓存和内存速度的差距，它速度较慢但容量较大，主要用于存储频繁访问的数据，减少内存访问。相比之下，三级缓存是为了解决二级缓存未命中的数据，它的存在使得约95%的数据能直接从缓存获取，显著提升CPU性能。

AMD处理器通常只有前两级缓存，而Intel处理器通常包括二级和三级，其中Intel的三级缓存容量更大。例如，i3处理器的二级缓存较小，而高端Intel处理器的三级缓存可达8M。总的来说，CPU性能受核心数量、主频、架构和缓存共同影响，其中Intel在架构上有优势，而AMD在核心数量上占优，二级和三级缓存虽影响性能，但并非决定性因素。

首先，二级缓存是位于中央处理器(CPU)和主内存之间的一层缓存，它通常由高速缓存(L1)和次级缓存(L2)组成。L1缓存位于CPU内部，具有最低的延迟时间和最小的容量，主要存储CPU核心频繁访问的数据。而L2缓存则位于CPU芯片上，容量较大，存储更多的数据。

相比之下，三级缓存位于主内存之外，它是一个独立的缓存层级。它的容量通常比二级缓存大得多，但速度较慢。三级缓存的目的是为了通过存储更大量的数据来提供更好的性能和吞吐量。

二级缓存和三级缓存的区别还可以从以下几个方面进行比较：

容量：二级缓存的容量相对较小，一般在几十KB到几百KB之间，而三级缓存的容量可以达到几十MB。

延迟：二级缓存由于位于CPU内部，访问速度非常快，延迟时间很低。而三级缓存则位于较远的地方，访问速度较慢，延迟时间更高。

命中率：二级缓存在CPU核心附近，可以更快地检索所需数据，因此具有较高的命中率。而由于三级缓存的容量更大，可以存储更多的数据，从而提高了命中率。

价格：由于二级缓存是内置于CPU芯片中的，所以造价较高。而三级缓存则是独立的芯片或者是集成在主板上，由于容量大，采用较低成本的存储器，价格相对较低。

综上所述，二级缓存和三级缓存在容量、延迟、命中率和价格等方面有很明显的差异。在设计计算机系统时，需要根据具体任务的要求和成本考虑合适的缓存层级。如果需要更快的访问速度和更高的命中率，可以选择较小容量的二级缓存;如果需要更大的容量和更低的成本，可以选择较大容量的三级缓存。

二级缓存(L2 Cache)

二级缓存是CPU的第二层高速缓存，分内部和外部两种芯片。内部的芯片二级缓存运行速度与主频相同，而外部的二级缓存则只有主频的一半。 L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达 256-1MB，有的高达2MB或者3MB。

三级缓存(L3 Cache)

三级缓存分为两种，早期的是外置，现在的都是内置的。而它的实际作用即是，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算 时处理器的性能。降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。比方具有较大L3缓存的 配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处 理器队列长度。

其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上，当时的L3缓存受限于制造工艺，并没有被集成进芯片内部， 而是集成在主板上。在只能够和系统总线频率同步的L3缓存同主内存其实差不了多少。后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理 器。接着就是P4EE和至强MP。Intel还打算推出一款9MB L3缓存的Itanium2处理器，和以后24MB L3缓存的双核心Itanium2处理器。

但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MB L3缓存的Xeon MP处理器却仍然不是Opteron的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加带来更有效的性能提升。