Ce este cache l1, l2 și l3 și cum funcționează?

Ați auzit vreodată despre cache L1, L2 și L3 ? Cu siguranță da, dar dacă nu sunteți sigur ce înseamnă cu adevărat aceste niveluri de memorie cache, în acest articol vom încerca să explicăm totul cât mai bine. De acum veți înțelege mai bine caracteristicile memoriei unui procesor.

Vei ști deja că una dintre cele mai importante componente ale unui computer este memoria sa, vorbim bineînțeles despre memoria RAM, cea în care sunt încărcate toate programele și sistemul de operare, astfel încât acestea să fie folosite de procesor sau de nevoia de a accesa discul. greu.

RAM este mult mai rapid decât un hard disk, mai ales decât unitățile mecanice. Dar există încă o memorie mai rapidă în computerul nostru, mai precis în interiorul procesorului nostru, iar aceasta este memoria cache, ceea ce vom vedea astăzi.

Indice de conținut

Care este memoria cache a unui procesor

Primul lucru pe care va trebui să-l știm este care este cache-ul în general. Așa cum am spus deja, pe un computer există mai multe tipuri de memorie și tocmai memoria cache va fi cea mai rapidă dintre toate.

Niveluri de stocare

Pentru început, în primul pas vom avea stocarea primară, care, fără îndoială, sunt hard disk-urile. În ele toate informațiile sunt stocate permanent, din acesta sistemul de operare face un computer funcțional. Este cea mai lentă memorie, de la aproximativ 150 MB / s de pe un HDD (hard disk mecanic) până la impresionanții 3.500MB / s din cele mai rapide SSD-uri de pe piață.

În al doilea rând, vom avea memorie de acces aleatoriu sau memorie RAM. Este o memorie în stare solidă mai mică, care nu este capabilă să stocheze permanent datele și acționează ca o poartă între hard disk și procesor. Oferă o viteză mai mare de 30.000 MB / s în DDR4. De asemenea, memoria se numește DRAM (RAM dinamică), deoarece trebuie actualizată constant pentru a nu pierde informații.

Al treilea nivel, cel mai rapid

Și în sfârșit ajungem la cel din vârf, cache - ul. Este o memorie foarte mică care este instalată în propriul microprocesor și de tipul SRAM (RAM statică). Este mult mai scump de fabricat decât memoria RAM normală și poate reține date fără a fi actualizate constant.

Faptul de a fi instalat în interiorul procesorului îl face cel mai apropiat de miezurile de procesare și de aceea trebuie să fie al naibii de repede. De fapt, atinge viteze de peste 200 GB / s și latențe de aproximativ 10 sau 11 ns (nanosecunde). Memoria cache este responsabilă cu stocarea instrucțiunilor care vor fi procesate iminent de procesor, astfel încât să le poată accesa cât mai repede.

La rândul său, memoria cache este împărțită în mai multe niveluri, fiecare mai rapid, mai mic și mai aproape de procesor. Procesoarele au în prezent un număr de trei niveluri de memorie cache în interior. Înainte de a intra în acest aspect, să aruncăm o privire rapidă cum funcționează un cache.

Cum funcționează cache-ul

Poate că nu îl știți, dar practic toate perifericele și elementele unui computer au propria memorie cache, de exemplu, hard disk-urile în sine, imprimanta și bineînțeles GPU-urile plăcilor grafice. Și funcția tuturor, inclusiv cea a procesorului va fi aceeași.

După cum știm, un computer este „inteligent” datorită sistemului de operare și programelor sale. Fiecare dintre aceste programe este creat dintr-un limbaj de programare, care la rândul lor sunt un set de instrucțiuni care trebuie executate în mod ordonat în procesor. Spunem în mod ordonat, deoarece este în acest moment că stabilirea nivelurilor diferite de stocare are sens.

Datele sunt stocate într-un mod fix pe hard disk-uri, dar întrucât sunt atât de lente și sunt „atât de departe” de procesor, acestea sunt încărcate înainte în memoria RAM, o stocare mult mai rapidă și folosită doar pentru programele care sunt în funcțiune.

Controlorul de memorie intră în joc

Dar încă nu este suficient, deoarece procesoarele de astăzi sunt atât de rapide și capabile să execute milioane de operații în fiecare secundă pe fiecare nucleu, intră în cache. În interiorul procesorului există un controler de memorie, care este practic ceea ce se numea anterior punte nord sau pod nord și era un cip instalat pe placa de bază. Ei bine, acest controler de memorie se află acum în interiorul procesorului și este responsabil de luarea instrucțiunilor care vor fi executate din memoria RAM și, de asemenea, de returnarea rezultatelor ciclului de procesare.

Dar există, de asemenea, două tipuri de autobuze care sunt responsabile de comunicarea procesorului cu memoria RAM, ele se numesc bus de date și bus de adrese:

• Busul de date: acestea sunt, practic, piesele prin care circulă datele și instrucțiunile. Va exista un bus de date care comunică memoria RAM, cache-ul și nucleele între ele. Magistrala de adrese: este un canal independent în care procesorul solicită adresa de memorie unde se află datele. Instrucțiunile sunt stocate în celule de memorie, care au o adresă, atât RAM, cache, cât și CPU trebuie să o cunoască pentru a localiza datele în cauză.

Cache L1, L2 și L3

Până acum, înțelegem destul de grosolan cum funcționează stocarea pe un computer și cum funcționează memoria cache. Dar trebuie să știm că există un cache L1, L2 și L3 în interiorul procesorului, pare incredibil că ceva atât de mic se potrivește atât de bine? Pentru aceste trei niveluri de memorie cache se ocupă de o ierarhie a vitezei și, desigur, a capacității.

Memorie cache L1

Cache L1 este cea mai rapidă configurație, cea mai apropiată de nuclee. Aceasta stochează datele care vor fi folosite imediat de procesor și, de aceea, vitezele sunt în jur de 1150 GB / s, iar latența este de doar 0, 9 ns.

Mărimea acestei memorii cache este în jur de 256 KB în total, deși în funcție de puterea (și costul) procesorului va fi mai mică sau mai mare, de fapt, procesoarele Workstation precum Intel Core i9-7980 XE au unele 1152 KB în total.

Acest cache L1 este împărțit în două tipuri, cache-ul de date L1 și cache-ul de instrucțiuni L1, primul este responsabil de stocarea datelor care urmează să fie procesate, iar cel de-al doilea stochează informațiile despre operațiunea care trebuie efectuată (adunare, scădere, înmulțire, etc).

În plus, fiecare nucleu are propriile cache L1, deci dacă avem un procesor cu 6 nuclee, vom avea 6 memorii L1 împărțite în L1 D și L1 I. În procesoarele Intel fiecare are 32 KB, iar în Procesoarele AMD sunt de asemenea 32 KB sau 64 KB pe L1 I. Desigur, acestea vor varia în funcție de calitate și putere, ca întotdeauna.

Memorie cache L2

Următorul pe care îl vom găsi va fi memoria cache L2 sau nivelul 2. Aceasta are o capacitate de stocare mai mare, deși va fi puțin mai lentă, aproximativ 470 GB / s și latență de 2, 8 ns. Dimensiunea de stocare variază de obicei între 256 KB și 18 MB. Vedem deja că sunt capacități considerabile pentru vitezele pe care le gestionăm.

Instrucțiunile și datele sunt stocate în ea și în curând vor fi utilizate de CPU, iar în acest caz nu sunt divizate în Instrucțiuni și date. Dar avem un cache L2 pentru fiecare nucleu, cel puțin acesta este cazul celor mai relevante procesoare. Pentru fiecare miez, există de obicei 256, 512 sau până la 1024 KB.

Memorie cache L3

În cele din urmă vom găsi cache L3, care are un spațiu dedicat pentru cipul procesorului. Va fi cel mai mare și, de asemenea, cel mai lent, vorbim despre mai mult de 200 GB / s și 11 ns de latență.

În prezent, un procesor demn va avea cel puțin 4MB de memorie cache L3 și pot fi văzute unități de până la 64 MB. L3 este de obicei distribuit pe aproximativ 2MB per nucleu, dar să spunem că nu se află în interiorul fiecărui nucleu, deci există un bus de date pentru a comunica cu ei. Solvabilitatea și viteza unui procesor depind în mare măsură de acest bus și de memoria RAM în sine, iar de aici Intel își primește puterea de la AMD.

Cum să știu memoria cache L1, L2 și L3 a procesorului meu

Ei bine, una dintre cele mai rapide modalități de a cunoaște aceste informații este descărcarea instrumentului CPU-Z, care este complet gratuit și vă va oferi informații foarte complete despre procesorul dvs. Chiar și cele trei niveluri și cantitatea de stocare pentru fiecare. Îl puteți descărca de pe site-ul său oficial.

De asemenea, puteți introduce marca și modelul în browser și vă îndreptați către pagina producătorului, deși furnizează de obicei doar informații despre memoria cache L3. Desigur, în toate revizuirile procesoarelor noastre, oferim informații complete despre cache-ul fiecărui procesor și evaluăm performanța acestuia.

Latency, lățimea autobuzului și lipsa cache-ului

Am înțeles că datele curg de la hard disk la nucleul de procesare prin toate nivelurile de memorie. În cazul în care procesorul caută mai întâi următoarea instrucțiune de procesare, este în memoria cache, un sistem de calitate ar trebui să știe să localizeze corect datele pe baza importanței sale, pentru a minimiza timpii de acces la acestea, care se numește latență.

Latenția este apoi timpul necesar pentru a accesa datele din memorie. Cu cât este mai îndepărtată și mai lentă, o latență mai mare și mai lung procesorul va trebui să aștepte următoarea instrucțiune. Astfel, atunci când o instrucțiune nu este localizată în memoria cache, procesorul trebuie să o caute direct în memoria RAM, aceasta se numește lipsă de memorie cache sau lipsă de memorie cache, atunci când se experimentează un PC mai lent.

Lățimea autobuzului este, de asemenea, de mare importanță pentru viteză, deoarece marchează capacitatea de a transfera blocuri mai mari de date din memorie către procesor. Atât CPU cât și RAM sunt de 64 biți, dar funcția Dual Channel este capabilă să dubleze această capacitate la 128 biți, astfel încât transferul dintre aceste elemente are o capacitate mai mare.

Concluzie despre memoria cache L1, L2 și L3

Întotdeauna ne uităm foarte mult la numărul de nuclee și la viteza unui procesor, este clar că determină în mare măsură viteza totală a acestuia. Dar un element care uneori nu este luat în considerare de obicei este memoria cache și este esențial când vine vorba de a avea un procesor puternic.

Având un procesor cu 6 nuclee cu 4 sau 16 MB de memorie cache L3, de exemplu, va fi foarte semnificativ atunci când vine vorba de măsurarea performanței sale, mai ales atunci când avem mai multe programe deschise. Așadar, de acum încolo, aruncați o privire bună la această secțiune când decideți să cumpărați un procesor, deoarece nu totul depinde de frecvență.

Avem tutoriale mai interesante pe acest subiect, așa că aici le lăsăm:

Vă recomandăm, de asemenea, ghidurile noastre hardware actualizate:

Sperăm că toate aceste informații v-au fost utile pentru a afla mai multe despre procesoare și memoria cache. Dacă aveți întrebări ne puteți pune în caseta de comentarii. Ne vedem în tutorialul următor!