缓存主存层次主要解决什么问题

计算机内存是计算机中极为重要的组成部分，是计算机中存储数据的地方。计算机内存通常分为主存和辅存两种，其中主存是计算机中最重要的一种内存。进入21世纪后，计算机在内存层次结构中不断地往下延伸，由缓存、主存和辅存三个内存层次组成。

缓存主存层次是计算机内存层次结构中至关重要的部分，它解决了计算机内存速度和容量矛盾的问题，大大提升了计算机系统的性能和运行速度。这篇文章将从多个角度对缓存主存层次的作用和意义进行分析。

缓存主存层次的意义

缓存主存层次是内存层次结构的一个必不可少的部分，其作用主要有以下三点：

1. 优化内存使用

在计算机的内存层次结构中，主存通常被用来存储运行程序所需的数据和代码，而辅存则用来存储用户文件和数据等非实时访问的信息。而缓存则通过缓存主存之间的信息交换，大大减少了主存和辅存之间的数据传输，使得计算机系统的性能更加卓越。

2. 提高系统速度

缓存主存层次的作用就是通过将经常使用的数据在高速缓存中进行存储，大大减少了数据的传输和读写时间，从而提供更快的计算机系统速度。

3. 降低能耗

由于高速缓存和主存都位于CPU芯片中，因此它们使用的能量比访问磁盘或其他设备要少得多。高速缓存和主存所需的耗能比硬盘或其他外部存储设备要少，这一点也是缓存主存层次的优点之一。

缓存主存层次的性质

缓存主存层次有以下几个性质：

1. 计算机系统经常用到的数据被存储在缓存中

缓存主存层次数据都是由CPU访问频率高的存储器中存储的，因此在缓存主存层次之间的数据访问速度非常快，这也是计算机系统变得快速的重要原因。

2. 高速缓存容量比主存小

缓存主存层次主要的目的是提高计算机系统的速度，因此缓存的速度非常受限，同时存储器所需空间也受限，高速缓存的容量通常要比主存小很多。

3. 数据在层次间移动

计算机系统中，在不同的层次中存储的数据会频繁地移动，从高速缓存到主存再到辅存。数据在不同层次间移动可以使计算机系统更加高效。

缓存主存层次的缺陷

虽然缓存主存层次有很多优点，但也有一些缺陷：

1. 容量问题

缓存主存的容量比主存小很多，因此不能存储所有需要的数据，增大了Cache与外部存储器之间数据的传输量，从而影响到性能。

2. 一致问题

速度更快、容量更小的Cache内信息可能和外部存储器的不一致。当Cache所在的处理器对共用数据的操作使得同样的数据经 Cache 存储被修改后，共用该数据的别的处理器使用过期的 Cache 数据时，就会产生一致问题。

3. 代价问题

缓存的价格要比主存贵得多，因为缓存容量小、工艺要求高，不能像主存那样采用较便宜、普通的 DRAM 芯片作存储单元，而是采用 SRAM，存储单元的工作电压往往比 DRAM 高许多，因此价格显得倍为昂贵。