Apakah l1, l2 dan l3 cache dan bagaimana ia berfungsi?

Pernahkah anda mendengar tentang cache L1, L2, dan L3 ? Sudah tentu ya, tetapi jika anda tidak pasti apakah tahap cache ini benar-benar bermakna, dalam artikel ini kami akan cuba menjelaskan segala yang dilakukan dengan sebaik mungkin. Mulai sekarang anda akan lebih memahami ciri-ciri memori pemproses.

Anda sudah tentu tahu bahawa salah satu komponen paling penting dalam komputer adalah ingatannya, kita bercakap tentang memori RAM, yang mana semua program dan sistem operasi dimuatkan supaya ia digunakan oleh pemproses atau perlu mengakses cakera sukar.

RAM jauh lebih cepat daripada cakera keras, terutamanya daripada pemacu mekanikal. Tetapi masih terdapat memori yang lebih cepat di dalam komputer kami, khususnya dalam pemproses kami, dan inilah ingatan cache, yang akan kita lihat hari ini.

Indeks kandungan

Apakah memori cache CPU

Perkara pertama yang perlu kita ketahui adalah apakah cache secara umum. Seperti yang telah kita katakan, dalam PC terdapat beberapa jenis memori dan dengan tepat memori cache akan menjadi yang terpantas.

Tahap simpanan

Untuk memulakan, pada langkah pertama kita akan mempunyai storan utama, yang tidak diragukan lagi adalah pemacu keras. Di dalamnya semua maklumat disimpan secara kekal, dari situ sistem operasi menjadikan PC berfungsi. Ia adalah ingatan yang paling perlahan, dari sekitar 150MB / s pada HDD (cakera keras mekanikal) ke 3, 500MB / s SSD yang terpantas di pasaran.

Kedua, kita akan mempunyai memori akses rawak atau RAM. Ini adalah memori keadaan pepejal yang lebih kecil, yang tidak mampu menyimpan data secara kekal dan bertindak sebagai pintu masuk antara cakera keras dan pemproses. Ia menawarkan kelajuan lebih daripada 30, 000 MB / s dalam DDR4. Memori juga dipanggil DRAM (Dynamic RAM) kerana ia perlu sentiasa dikemas kini untuk mengelakkan kehilangan maklumat.

Tahap ketiga, terpantas

Dan akhirnya kita datang ke bahagian atas, cache. Ia adalah memori yang sangat kecil yang dipasang di dalam mikropemprosesnya sendiri dan jenis SRAM (Static RAM). Ia jauh lebih mahal untuk mengeluarkan daripada RAM biasa, dan boleh menyimpan data tanpa sentiasa dikemas kini.

Hakikatnya dipasang di dalam CPU menjadikannya paling dekat dengan teras pemprosesan, dan itulah sebabnya ia mesti menjadi sangat cepat. Malah, ia mencapai kelajuan lebih daripada 200 GB / s dan latensi sekitar 10 atau 11 ns (nanodetik). Memori cache bertanggungjawab menyimpan arahan yang akan segera diproses oleh CPU, supaya dapat mengaksesnya secepat mungkin.

Seterusnya, memori cache dibahagikan kepada beberapa peringkat, masing-masing lebih cepat, lebih kecil dan lebih dekat dengan pemproses. Pemproses kini mempunyai sejumlah tiga tahap memori cache di dalamnya. Sebelum kita masuk ke sini, mari kita lihat bagaimana cache berfungsi.

Bagaimana caching berfungsi

Anda mungkin tidak tahu, tetapi hampir semua periferal dan unsur-unsur komputer mempunyai memori cache mereka sendiri, sebagai contoh, pemacu keras sendiri, pencetak, dan tentu saja GPU kad grafik. Dan fungsi mereka semua, termasuk CPU akan sama.

Seperti yang kita ketahui, komputer adalah "pintar" terima kasih kepada sistem operasi dan programnya. Setiap program ini dicipta dari bahasa pengaturcaraan, yang pada gilirannya adalah satu set arahan yang mesti dijalankan dengan teratur dalam CPU. Kami berkata dengan cara yang teratur kerana pada masa ini, mewujudkan tahap penyimpanan yang berbeza masuk akal.

Data disimpan dalam cara yang tetap dalam cakera keras, tetapi kerana ia sangat perlahan dan "setakat ini" dari CPU, mereka dimuatkan sebelum memori RAM, penyimpanan lebih cepat dan hanya digunakan untuk program-program yang dalam operasi.

Pengawal memori dimainkan

Tetapi ia masih tidak mencukupi, kerana CPU hari ini begitu pantas dan mampu menjalankan jutaan operasi setiap saat pada setiap teras, cache masuk. Di dalam CPU ada pengawal memori, yang pada dasarnya adalah apa yang sebelum ini dipanggil jambatan utara atau jambatan utara dan cip dipasang pada motherboard. Nah, pengawal memori ini kini berada di dalam CPU dan bertanggungjawab mengambil arahan yang akan dilaksanakan dari memori RAM, dan juga mengembalikan hasil kitaran pemprosesan.

Tetapi terdapat juga dua jenis bas yang bertanggungjawab untuk menyampaikan CPU dengan memori RAM, mereka dipanggil bus data dan bus alamat:

• Bas data: pada dasarnya mereka adalah trek di mana data dan arahan beredar. Akan ada bas data yang menyampaikan RAM, cache dan teras dengan satu sama lain. Alamat bas: ia adalah saluran bebas di mana CPU meminta alamat memori di mana data berada. Arahan disimpan di dalam sel memori, yang mempunyai alamat, dan kedua-dua RAM, cache dan CPU mesti tahu untuk mencari data yang dipersoalkan.

Cache L1, L2 dan L3

Sekarang, kita sudah memahami secara kasar bagaimana penyimpanan berfungsi pada PC, dan bagaimana caching berfungsi. Tetapi kita mesti tahu bahawa ada cache L1, L2 dan L3 di dalam CPU, nampaknya luar biasa sesuatu yang begitu kecil sangat sesuai? Untuk ketiga-tiga tahap memori cache memenuhi hierarki kelajuan dan tentu saja, keupayaan.

Ingatan cache L1

L1 cache adalah konfigurasi terpantas, yang paling dekat dengan teras. Ini menyimpan data yang segera akan digunakan oleh CPU, dan itu sebabnya kelajuannya adalah sekitar 1150 GB / s dan latensi hanya 0.9 ns.

Saiz memori cache ini adalah sekitar 256 KB secara keseluruhan, walaupun bergantung pada kuasa CPU (dan biaya) ia akan kurang atau lebih, sebenarnya, pemproses Workstation seperti Intel Core i9-7980 XE mempunyai beberapa 1152 KB dalam jumlah.

Cakera L1 ini dibahagikan kepada dua jenis, cache data L1 dan cache arahan L1, yang pertama bertanggungjawab untuk menyimpan data yang akan diproses dan yang kedua menyimpan maklumat mengenai operasi yang akan dilakukan (penambahan, pengurangan, pendaraban, dll).

Di samping itu, setiap teras mempunyai cache L1 sendiri, jadi jika kita mempunyai pemproses 6-teras, kita akan mempunyai 6 L1 cache dibahagikan kepada L1 D dan L1 I. Dalam prosesor Intel masing-masing adalah 32 KB, dan dalam Pemproses AMD juga 32 KB atau 64 KB pada L1 I. Sudah tentu mereka akan berbeza mengikut kualiti dan kuasa, seperti biasa.

Memori cache L2

Yang seterusnya kita akan dapati cache L2 atau level 2. Ini mempunyai kapasiti penyimpanan yang lebih banyak, walaupun ia akan sedikit perlahan, kira-kira 470 GB / s dan 2.8 ns latency. Saiz storan biasanya berbeza antara 256 KB dan 18 MB. Kami sudah melihat bahawa mereka adalah kapasiti yang besar untuk kelajuan yang kami kendalikan.

Arahan dan data disimpan di dalamnya dan tidak lama lagi akan digunakan oleh CPU, dan dalam hal ini ia tidak dibahagikan kepada Arahan dan data. Tetapi kita mempunyai cache L2 untuk setiap teras, sekurang-kurangnya ini berlaku dengan pemproses yang paling relevan. Untuk setiap teras, biasanya terdapat 256, 512, atau sehingga 1024 KB.

Ingatan cache L3

Akhirnya kami akan mencari cache L3, yang mempunyai ruang khusus untuknya pada cip pemproses. Ia akan menjadi yang terbesar dan juga yang paling perlahan, kita bercakap lebih daripada 200 GB / s dan 11 ns kependaman.

Pada masa ini, pemproses yang layak akan mempunyai sekurang - kurangnya 4MB cache L3, dan pemacu sehingga 64MB dapat dilihat. L3 biasanya menyebarkan kira-kira 2MB setiap teras, tapi katakan saja ia tidak berada di dalam setiap teras, jadi ada bas data untuk berkomunikasi dengan mereka. Kesolvenan dan kelajuan CPU sebahagian besar bergantung pada bas ini dan memori RAM itu sendiri, dan ini adalah di mana Intel mendapat kuasa dari AMD.

Bagaimana untuk mengetahui cache L1, L2 dan L3 pemproses saya

Nah, salah satu cara terpantas untuk mengetahui maklumat ini ialah untuk memuat turun alat CPU-Z, yang benar-benar percuma dan akan memberi anda maklumat yang sangat lengkap mengenai CPU anda. Malah tiga peringkat dan jumlah simpanan untuk setiap. Anda boleh memuat turun dari laman web rasminya.

Anda juga boleh meletakkan membuat dan model dalam penyemak imbas dan menuju ke halaman pengeluar, walaupun mereka biasanya hanya memberikan maklumat tentang cache L3. Sudah tentu, dalam semua kajian kami mengenai pemproses kami memberikan maklumat lengkap mengenai cache setiap CPU dan kami menanda aras prestasinya.

Latihan, lebar bas dan kekurangan cache

Kami telah memahami bahawa data mengalir dari cakera keras ke inti pemprosesan melalui semua tahap ingatan. Di mana pemproses pertama mencari arahan seterusnya untuk memproses, berada dalam ingatan cache, sistem kualiti harus mengetahui bagaimana dengan betul mencari data berdasarkan kepentingannya untuk meminimumkan masa akses kepada mereka, yang dipanggil latency.

Latency adalah masa yang diperlukan untuk mengakses data dari ingatan. Semakin jauh dan perlahan, latensi yang lebih tinggi dan lebih lama CPU perlu menunggu arahan seterusnya. Oleh itu, apabila arahan tidak terletak pada memori cache, pemproses mesti mencarinya secara langsung dalam memori RAM, ini dipanggil kekurangan cache atau miss cache, ini adalah apabila PC yang lebih perlahan berpengalaman.

Lebar bas juga sangat penting untuk kelajuan, kerana ia menandakan keupayaan untuk memindahkan blok data yang lebih besar dari memori ke CPU. Kedua-dua CPU dan RAM adalah 64 bit, tetapi fungsi Dual Channel mampu menggandakan kapasiti ini kepada 128 bit supaya pemindahan antara unsur-unsur ini mempunyai kapasiti yang lebih besar.

Kesimpulan tentang memori cache L1, L2 dan L3

Kami sentiasa melihat banyak bilangan teras dan kelajuan pemproses, jelas bahawa ia sebahagian besarnya menentukan kelajuan keseluruhannya. Tetapi elemen yang kadang-kadang tidak biasanya diambil kira adalah ingatan cache, dan ia penting apabila ia mempunyai pemproses yang kuat.

Mempunyai CPU 6-teras dengan 4 atau 16 MB cache L3 misalnya, akan menjadi sangat penting apabila ia mengukur prestasinya, terutamanya apabila kita mempunyai banyak program terbuka. Jadi, mulai sekarang, lihatlah bahagian ini apabila anda membuat keputusan untuk membeli pemproses, kerana tidak semuanya bergantung kepada kekerapan.

Kami mempunyai tutorial yang lebih menarik mengenai topik ini, jadi di sini kami meninggalkan mereka:

Kami juga mengesyorkan panduan perkakasan kami yang dikemas kini:

Kami berharap semua maklumat ini berguna kepada anda untuk mengetahui lebih lanjut mengenai pemproses dan ingatan cache. Jika anda mempunyai soalan, anda boleh meminta kami di dalam kotak komen. Lihatlah anda dalam tutorial seterusnya!