在阅读文章前，辛苦您点下“关注”，方便讨论和分享。作者定会不负众望，按时按量创作出更优质的内容。

在阅读文章前，辛苦您点下“关注”，方便讨论和分享。作者定会不负众望，按时按量创作出更优质的内容。

文|昕昕

前言

你有没有想过，我们每天敲击键盘、滑动屏幕的瞬间，那个小小的CPU究竟在经历怎样的"人生百态"？

每当你打开一个应用，每当你保存一份文档，都有一个勤劳的"小工人"在默默承担着重任。这个小工人就是CPU，而它的工作指令，来自谁呢？

CPU的"人生百态"

编译器，它就像一个严谨的翻译官，把我们程序员用高级语言写下的心愿，一字一句地翻译成CPU能理解的机器指令。

展开剩余76%

在精简指令集的世界里，有专门的Load/Store指令来读写内存，就像专业的搬运工；而在x86复杂指令集里，一条指令就能直接操作内存数据，就像全能的多面手。

无论哪种方式，CPU都在忠实地执行着两个神圣的使命：读写内存中的数据，获取下一条要执行的指令。

但是，但是，事情远没有想象中那么简单。

你能想象一个饿得发慌的食客，面对一个慢如蜗牛的厨师会是什么感受吗？

CPU就是那个急性子的食客，1分钟就能"吃完"一道菜，而内存这个"厨师"呢？竟然需要1小时40分钟才能"炒出"一道菜！这速度差距让人抓狂！

而这种速度的差距还在不断扩大，就像两条平行线越走越远，让人既心疼又无奈。

幸好聪明的工程师们发现了程序的一个秘密——局部性原理！就像我们生活中总是频繁使用那几件最心爱的衣服一样，程序也总是反复访问那一小部分数据。

既然如此，为什么不把这些"宠儿"集中起来，放在一个更快的地方呢？

于是Cache诞生了，这个用SRAM制成的高速缓存，就像CPU身边的贴心管家，把最常用的数据精心收藏着。

当CPU需要数据时，先问问这位管家，找到了皆大欢喜，找不到再去慢慢等那个磨蹭的内存。

这真是四两拨千斤的神奇设计，小小的Cache，却能带来巨大的性能提升。

可是天下没有免费的午餐，Cache虽好，却带来了新的烦恼——不一致问题，就像家里有两面镜子，一面照出的是新发型，另一面还显示着旧模样，这种"分歧"让人头疼。

write-through方案说：我要诚实，每次更新Cache都要同步更新内存！虽然诚实可贵，但性能堪忧。

write-back方案则说：我要聪明，先更新Cache就算完事，等有空再慢慢同步内存！这种异步方式虽然复杂，但性能更佳。

现代CPU更是贪心，不满足于一级Cache，硬是搞出了L1、L2、L3三级Cache的豪华阵容，就像俄罗斯套娃一样，一层套一层，越往内越快越贵，越往外越慢却越便宜。

然而故事还没结束，当摩尔定律渐渐失效，人类又想出了新招数——多核CPU！既然单核提升困难，那就来个多核并进！

但是麻烦也随之而来，想象一下两个室友共用一个冰箱，一个把牛奶喝了一半放回去，另一个不知情又拿出来喝，结果发现和预期的不一样——这就是多核Cache一致性问题的生动写照！

MESI协议等Cache一致性协议应运而生，就像家庭内部的沟通机制，确保每个人都知道冰箱里最新的情况。

结语

现在你明白了吧？CPU读写内存这个看似简单的动作，背后竟然有着如此波澜壮阔的技术演进史，从单纯的直接访问，到Cache的巧妙设计，再到多核时代的协调复杂性，每一步都凝聚着无数工程师的智慧和汗水。

当我们轻点鼠标、触摸屏幕时，请记住这些默默工作的"小精灵"们，它们用自己的方式，诠释着什么叫做"简单背后的不简单"！

发布于：陕西省