Cache是什么？看完你就懂了(适用于小白)

我们都知道CPU处理数据的速度非常快，虽然内存的读写速度也不慢，但是相对于CPU它的速度就显得太慢了，所以如果单纯地让CPU对内存进行读写，所消耗的时间绝大部分是在内存对数据的处理上，而这时候CPU就在空等，浪费了资源，因此就需要在CPU与内存之间连接一个Cache来作为缓冲。

由于Cache是为了缓解内存处理数据太慢而出现的，因此Cache应该具备的一个基本特点就是读写数据的速度快，能够比较好地匹配CPU的速度，尽可能地让CPU忙起来，但是就是因为它处理速度快，所以就造成了它的容量比较小，如果能够既可以容量大又可以速度快的话直接把内存的速度提高到匹配到CPU的速度就好了，但是由于材料的价格，技术复杂度等等原因，Cache还是很必要的。

前面提到Cache的两大特点，速度快与容量小，就容量小这特点来说，我们就不能把所有的数据都放到Cache里，所以Cache里应该放CPU最有可能会对它进行处理的数据。 说到这里就不得不提到程序运行的局部性原理，这个原理完美地解释了什么样的数据很可能会被CPU处理，它包含两个部分：时间局部性与空间局部性。

所以这些就是需要放入CPU的数据，在CPU对某一数据进行操作后主存与Cache就开始行动，将可能需要的数据放入到Cache中。

Cache的存储体的基本存储单元为块，每一个块内有块内地址，Cache的地址通过块号与块内地址来表示。除了块之外还有标记，通过标记来识别此时Cache里有误想要的数据，如果标记里有则直接对Cache进行处理，如果在标记里没有找到，则再对主存进行数据传输。Cache里还有几个机构，替换机构与地址映射变换机构。

Cache的操作可以分为读操作与写操作。在介绍操作之前首先应该介绍一下Cache几个机构的作用。

直接映射：Cache与主存直接映射 主存被划分为多个区，Cache里的每一个块对应主存每个区的相应的块，Cache的一个块可对应主存每个区的相应的块，由区号选出具体的块，然后由子块内地址（偏移量）选定具体的数据 缺点：利用率较低 全相联映射：Cache的各个块对应主存储器的各个块 组相联映射：在直接映射的基础上Cache的每个组的块数变成了两块或者若干块，导致一块占满时可以放到另外一块

在Cache的替换机构进行替换时需要采用相关的替换算法。 先进先出（FIFO）算法 缺点：可能会替换掉更有用的数据，没有体现程序运行局部性原理 近期最少使用（LRU）算法：将近期最少使用的块替换掉

只适用于初学的朋友，如有错误，希望朋友们指正，一起加油！