CPU工作原理

主内存

L2

寄存器

L1

CPU的写（store）也是针对缓存作写入。并不会直接和内存打交道，而是通过某种机制实现数据从缓存到内存的写回（write back）。

load

CPU缓存的概念CPU缓存是位于CPU与内存之间的临时数据交换器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。CPU缓存一般直接跟CPU芯片集成或位于主板总线互连的独立芯片上。为了简化与内存之间的通信，高速缓存控制器是针对数据块，而不是字节进行操作的。高速缓存其实就是一组称之为缓存行(Cache Line)的固定大小的数据块组成的，典型的一行是64比特。

CPU

L3

CPU缓存

CPU往往需要重复处理相同的数据、重复执行相同的指令，如果这部分数据、指令CPU能在CPU缓存中找到，CPU就不需要从内存或硬盘中再读取数据、指令，从而减少了整机的响应时间。所以，缓存的意义满足以下两种局部性原理：时间局部性（Temporal Locality）：如果一个信息项正在被访问，那么在近期它很可能还会被再次访问。空间局部性（Spatial Locality）：如果一个存储器的位置被引用，那么将来他附近的位置也会被引用。

总线机制

CPU的读（load）实质上就是从缓存中读取数据到寄存器（register）里，在多级缓存的架构中，如果缓存中找不到数据（cache miss），就会层层读取二级缓存三级缓存，一旦所有的缓存里都找不到对应的数据，就要去内存里寻址了。寻址到的数据首先放到寄存器里，其副本会驻留到CPU的缓存中。