[科普中国]-数据缓冲

简介

数据缓冲，即Cache技术，是计算机领域的一项重要技术。由于它最初是为了解决高速的CPU与慢速内存之间的速度矛盾而产生的，所以一般的文献中所提到的Cache大多指处理器Cache。实际上，随着计算机技术的发展，Cache的应用领域已经得到了大大的扩展了，它不仅包括处理器Cache，还包括存储Cache、文件系统Cache、网络Cache等多个领域。

基本原理Cache的作用从本质上是匹配一种速度差异。如图所示，其中原始存储指数据初始位置，“处理”则是指需要数据的位置。当原始存储提供数据的速度不能满足“处理”的需要时，Cache作为两者的过渡部分便出现了。因此，与原始存储相比，Cache需要提供更快的速度和一定的存储量。但仅仅这一点是不够的，更重要的是要保证“处理”能从Cache中去的所需的数据，而这些数据本来是保存在原始存储中的。

实际上，Cache技术之所以能广泛地应用于计算机的软、硬件领域，主要是因为“处理”对数据要求的“局部性”，具体而言就是时间局部性和空间局部性。在处理器领域和存储系统中，局部性的意义是不一样的，从处理器的角度理解，时间局部性是一旦一个指令被执行了，在不久的将来它可能被再执行；空间局部性是指一旦一个指令的一个存储单元被访问，那么它附近的存储单元也将很快被访问。从存储系统的角度理解，时间局部性是当前被访问的部分，很可能在短时间内被再次访问，空间局部性指与当前访问相邻的部分很可能被访问。1