缓存内存和虚拟内存的区别

内存是计算机的重要组成部分。有几种类型的内存；高速缓存和虚拟内存是其中的两个。高速缓存是 CPU 用来减少从主内存访问数据的平均时间的组件。它比主存储器小，但速度非常快。另一方面，虚拟内存是逻辑内存。通常，用户程序比主存大。虚拟内存扩展了主内存的容量，以便用户可以执行大型程序。简而言之，缓存是一个存储单元，而虚拟内存是操作系统处理的一种内存管理技术。

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什么是高速缓存

有多种类型的内存。 CPU 寄存器是最快的。缓存内存比 CPU 寄存器慢，但比主内存快。因此，CPU经常使用的数据存储在缓存中。从高速缓存到 CPU 的数据传输速度很快。缓存内的块称为缓存行。当 CPU 所需的数据在高速缓存中可用时，称为高速缓存命中。当所需的数据在缓存中不可用时，称为缓存未命中，该数据从主内存带到 CPU。

图 1：缓存内存组织

有两种类型的高速缓存组织。在单级缓存组织中，只有一个缓存。主存储器将块传输到缓存，而缓存将字传输到 CPU。在多级缓存组织中，有三种类型的缓存可用。它们被称为 1 级 (L1)、2 级 (L2) 和 3 级 (L3) 缓存。 L1 是最小的缓存，而 L3 是最大的缓存。最常用的数据驻留在 L1 中。从一级缓存到 CPU 的数据传输速率是最快的。

总体而言，高速缓存存储 CPU 需要最多的数据。与访问主存储器相比，CPU 访问高速缓存所需的时间更少。

什么是虚拟内存？

虚拟内存是逻辑内存。它是一种由操作系统处理的内存管理技术。虚拟内存允许程序员为程序使用比可用主内存更多的内存。例如，假设一台计算机的主内存为 4GB，虚拟内存为 16GB。用户可以使用这 16GB 来执行程序。因此，用户可以执行需要比主存储器容量更多的存储器的程序。

图 2：虚拟内存

总的来说，虚拟内存提供了两个优点。程序比物理内存大。虚拟内存允许使用比可用主内存更多的内存。此外，它避免了直接访问主存。使用虚拟内存时，将虚拟地址转换为相应的物理地址。因此，它实现了内存保护。