二級緩存和三級緩存是計算機(jī)系統(tǒng)中常見的兩種緩存層級，它們在功能和性能上有很明顯的區(qū)別。

在探討了CPU性能的關(guān)鍵因素后，我們了解到緩存是其中重要的一環(huán)。特別是二級緩存和三級緩存，它們的存在和差異經(jīng)常引發(fā)疑問。接下來，我們對這些問題進(jìn)行詳細(xì)解析。

緩存的工作原理在于，當(dāng)CPU需要數(shù)據(jù)時，會首先在緩存中查找，快速響應(yīng)。如果未找到，會從慢速的內(nèi)存中獲取，并將數(shù)據(jù)塊存入緩存，以便后續(xù)快速訪問。緩存按層次劃分，有一級緩存、二級緩存和三級緩存。

二級緩存的引入是為了平衡一級緩存和內(nèi)存速度的差距，它速度較慢但容量較大，主要用于存儲頻繁訪問的數(shù)據(jù)，減少內(nèi)存訪問。相比之下，三級緩存是為了解決二級緩存未命中的數(shù)據(jù)，它的存在使得約95%的數(shù)據(jù)能直接從緩存獲取，顯著提升CPU性能。

AMD處理器通常只有前兩級緩存，而Intel處理器通常包括二級和三級，其中Intel的三級緩存容量更大。例如，i3處理器的二級緩存較小，而高端Intel處理器的三級緩存可達(dá)8M?？偟膩碚f，CPU性能受核心數(shù)量、主頻、架構(gòu)和緩存共同影響，其中Intel在架構(gòu)上有優(yōu)勢，而AMD在核心數(shù)量上占優(yōu)，二級和三級緩存雖影響性能，但并非決定性因素。

首先，二級緩存是位于中央處理器(CPU)和主內(nèi)存之間的一層緩存，它通常由高速緩存(L1)和次級緩存(L2)組成。L1緩存位于CPU內(nèi)部，具有最低的延遲時間和最小的容量，主要存儲CPU核心頻繁訪問的數(shù)據(jù)。而L2緩存則位于CPU芯片上，容量較大，存儲更多的數(shù)據(jù)。

相比之下，三級緩存位于主內(nèi)存之外，它是一個獨立的緩存層級。它的容量通常比二級緩存大得多，但速度較慢。三級緩存的目的是為了通過存儲更大量的數(shù)據(jù)來提供更好的性能和吞吐量。

二級緩存和三級緩存的區(qū)別還可以從以下幾個方面進(jìn)行比較：

容量：二級緩存的容量相對較小，一般在幾十KB到幾百KB之間，而三級緩存的容量可以達(dá)到幾十MB。

延遲：二級緩存由于位于CPU內(nèi)部，訪問速度非常快，延遲時間很低。而三級緩存則位于較遠(yuǎn)的地方，訪問速度較慢，延遲時間更高。

命中率：二級緩存在CPU核心附近，可以更快地檢索所需數(shù)據(jù)，因此具有較高的命中率。而由于三級緩存的容量更大，可以存儲更多的數(shù)據(jù)，從而提高了命中率。

價格：由于二級緩存是內(nèi)置于CPU芯片中的，所以造價較高。而三級緩存則是獨立的芯片或者是集成在主板上，由于容量大，采用較低成本的存儲器，價格相對較低。

綜上所述，二級緩存和三級緩存在容量、延遲、命中率和價格等方面有很明顯的差異。在設(shè)計計算機(jī)系統(tǒng)時，需要根據(jù)具體任務(wù)的要求和成本考慮合適的緩存層級。如果需要更快的訪問速度和更高的命中率，可以選擇較小容量的二級緩存;如果需要更大的容量和更低的成本，可以選擇較大容量的三級緩存。

二級緩存(L2 Cache)

二級緩存是CPU的第二層高速緩存，分內(nèi)部和外部兩種芯片。內(nèi)部的芯片二級緩存運行速度與主頻相同，而外部的二級緩存則只有主頻的一半。 L2高速緩存容量也會影響CPU的性能，原則是越大越好，現(xiàn)在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服務(wù)器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高達(dá) 256-1MB，有的高達(dá)2MB或者3MB。

三級緩存(L3 Cache)

三級緩存分為兩種，早期的是外置，現(xiàn)在的都是內(nèi)置的。而它的實際作用即是，L3緩存的應(yīng)用可以進(jìn)一步降低內(nèi)存延遲，同時提升大數(shù)據(jù)量計算 時處理器的性能。降低內(nèi)存延遲和提升大數(shù)據(jù)量計算能力對游戲都很有幫助。而在服務(wù)器領(lǐng)域增加L3緩存在性能方面仍然有顯著的提升。比方具有較大L3緩存的 配置利用物理內(nèi)存會更有效，故它比較慢的磁盤I/O子系統(tǒng)可以處理更多的數(shù)據(jù)請求。具有較大L3緩存的處理器提供更有效的文件系統(tǒng)緩存行為及較短消息和處 理器隊列長度。

其實最早的L3緩存被應(yīng)用在AMD發(fā)布的K6-III處理器上，當(dāng)時的L3緩存受限于制造工藝，并沒有被集成進(jìn)芯片內(nèi)部， 而是集成在主板上。在只能夠和系統(tǒng)總線頻率同步的L3緩存同主內(nèi)存其實差不了多少。后來使用L3緩存的是英特爾為服務(wù)器市場所推出的Itanium處理 器。接著就是P4EE和至強MP。Intel還打算推出一款9MB L3緩存的Itanium2處理器，和以后24MB L3緩存的雙核心Itanium2處理器。

但基本上L3緩存對處理器的性能提高顯得不是很重要，比方配備1MB L3緩存的Xeon MP處理器卻仍然不是Opteron的對手，由此可見前端總線的增加，要比緩存增加帶來更有效的性能提升。