L1、L2和L3缓存如何影响CPU性能？

为什么 CPU 需要这三种？

在 20 世纪 80 年代之前，CPU 和 RAM 的速度都足够低，因此后者减慢前者的速度并不是一个大问题。然而，RAM 速度无法跟上 CPU 速度，因此需要一种新型的更快的内存。这导致了 CPU 缓存内存的发展。这种板载内存比系统内存快得多（实际上快 10 到 100 倍左右），处理器不再需要等待从相对较慢的 RAM 中获取数据。

现在，CPU 缓存内存并不同质——它有三种（有时是四种）变体，即 L1、L2 和 L3。这三种变体之间的主要差异在于速度、容量和成本。虽然 L1 或主缓存最靠近单个 CPU 核心，但 L2 缓存距离稍远，而 L3 缓存距离核心最远。

L1 缓存是 CPU 核心上速度最快但最小的内存缓冲区，通常以千字节为单位。L1 缓存存储 CPU 在完成某些操作时最有可能需要的数据。它比系统内存快 100 倍左右，是 CPU 获取所需数据的第一个地方。它进一步分为指令缓存和数据缓存。顾名思义，指令缓存存储有关要执行的操作的信息，而数据缓存存储要执行操作的数据。

每个 CPU 核心都有自己的 L2 缓存，就像 L1 缓存一样。在现代 CPU 上，L2 缓存以兆字节为单位，比 L1 缓存慢，但仍比系统内存 (RAM) 快 25 倍左右。L2 缓存几乎总是大于 L1 缓存，在大多数现代 CPU 上通常约为 6MB-12MB。

最后，L3 缓存，即最后一级缓存，是 CPU 可用的最慢但最大的内存缓冲区（但仍然比 RAM 快 10 倍）。与 L1 和 L2 缓存不同，L3 缓存由 CPU 的所有核心共享。在大多数现代 CPU 上，您通常会看到大约 24MB-36MB 的 L3 缓存，而 AMD 的 Ryzen X3D 处理器可以配备高达 128MB 的3D V-Cache（一种 L3 缓存）。