Čo je to vyrovnávacia pamäť l1, l2 a l3 a ako to funguje?

Už ste niekedy počuli o vyrovnávacej pamäti L1, L2 a L3 ? Určite áno, ale ak si nie ste istí, čo tieto úrovne vyrovnávacej pamäte skutočne znamenajú, v tomto článku sa pokúsime vysvetliť všetko podľa našich najlepších schopností. Odteraz lepšie pochopíte pamäťové vlastnosti procesora.

Už budete vedieť, že jednou z najdôležitejších súčastí počítača je jeho pamäť, hovoríme samozrejme o pamäti RAM, tej, kde sú načítané všetky programy a operačný systém tak, aby ich používal procesor alebo museli mať prístup na disk. ťažké.

RAM je omnoho rýchlejšia ako pevný disk, najmä ako mechanické disky. V našom počítači je však stále ešte rýchlejšia pamäť, konkrétne v našom procesore, a toto je vyrovnávacia pamäť, čo dnes uvidíme.

Index obsahu

Aká je vyrovnávacia pamäť CPU

Prvá vec, ktorú budeme musieť vedieť, je to, čo je medzipamäť všeobecne. Ako sme už povedali, v počítači existuje niekoľko typov pamäte a práve vyrovnávacia pamäť bude najrýchlejšia zo všetkých.

Úrovne ukladania

V prvom kroku budeme mať primárne úložisko, ktoré nepochybne sú pevné disky. V nich sa všetky informácie ukladajú natrvalo, z čoho operačný systém vytvorí funkčný počítač. Je to najpomalšia pamäť, od približne 150 MB / s na HDD (mechanický pevný disk) po pôsobivých 3 500 MB / s najrýchlejších SSD na trhu.

Po druhé, budeme mať pamäť s priamym prístupom alebo RAM. Je to menšia polovodičová pamäť, ktorá nie je schopná trvalo ukladať údaje a slúži ako brána medzi pevným diskom a procesorom. V DDR4 ponúka rýchlosť vyššiu ako 30 000 MB / s. Pamäť sa tiež nazýva DRAM (Dynamic RAM), pretože je potrebné ju neustále aktualizovať, aby nedošlo k strate informácií.

Tretia úroveň, najrýchlejšia

Nakoniec sa dostaneme k tej hore, k vyrovnávacej pamäti. Je to veľmi malá pamäť, ktorá je nainštalovaná vo svojom vlastnom mikroprocesore a typu SRAM (Static RAM). Výroba je oveľa nákladnejšia ako normálna RAM a dokáže uchovávať údaje bez neustálej aktualizácie.

Skutočnosť, že je nainštalovaná vo vnútri CPU, ju robí najbližšie k spracovateľským jadrám, a preto musí byť rýchlo zatracená. V skutočnosti dosahuje rýchlosti viac ako 200 GB / sa latencie približne 10 alebo 11 ns (nanosekundy). Pamäť vyrovnávacej pamäte je zodpovedná za ukladanie pokynov, ktoré procesor okamžite spracuje, aby k nim mal čo najrýchlejší prístup.

Na druhej strane je vyrovnávacia pamäť rozdelená do niekoľkých úrovní, z ktorých každá je rýchlejšia, menšia a bližšie k procesoru. Procesory majú v súčasnosti celkom tri úrovne vyrovnávacej pamäte. Než sa k tomu dostaneme, poďme sa rýchlo pozrieť, ako funguje vyrovnávacia pamäť.

Ako funguje ukladanie do vyrovnávacej pamäte

Možno to nepoznáte, ale prakticky všetky periférne zariadenia a prvky počítača majú svoju vlastnú vyrovnávaciu pamäť, napríklad samotné pevné disky, tlačiareň a samozrejme GPU grafických kariet. A funkcia všetkých z nich vrátane funkcie CPU bude rovnaká.

Ako vieme, počítač je vďaka operačnému systému a jeho programom „inteligentný“. Každý z týchto programov je vytvorený z programovacieho jazyka, čo je sada inštrukcií, ktoré sa musia v CPU vykonávať správne. Hovoríme usporiadaným spôsobom, pretože v tomto okamihu má zmysel stanoviť rôzne úrovne ukladania.

Dáta sa pevne ukladajú na pevné disky, ale keďže sú také pomalé a sú „ďaleko“ od CPU, načítajú sa predtým do pamäte RAM, oveľa rýchlejšie a používajú sa iba pre programy, ktoré sú v prevádzke.

Spustí sa ovládanie pamäte

Stále to však nestačí, pretože dnešné procesory sú také rýchle a schopné vykonávať milióny operácií každú sekundu na každom jadre, vstupuje do vyrovnávacej pamäte. Vo vnútri CPU je radič pamäte, ktorý je v podstate to, čo sa predtým nazývalo severný most alebo severný most a bol nainštalovaný čip na základnej doske. Tento pamäťový radič je teraz vo vnútri CPU a má na starosti prijímanie pokynov, ktoré sa majú vykonať z pamäte RAM, a tiež za vrátenie výsledkov cyklu spracovania.

Existujú však aj dva typy zberníc, ktoré sú zodpovedné za komunikáciu CPU s pamäťou RAM, nazývajú sa dátová zbernica a adresová zbernica:

• Dátová zbernica: ide v podstate o stopy, v ktorých cirkulujú údaje a pokyny. Bude existovať dátová zbernica, ktorá navzájom komunikuje RAM, vyrovnávaciu pamäť a jadrá. Adresová zbernica: je to nezávislý kanál, kde CPU požaduje pamäťovú adresu, na ktorej sa nachádzajú dáta. Pokyny sú uložené v pamäťových bunkách, ktoré majú adresu, a obe pamäte RAM, cache a CPU musia vedieť, aby lokalizovali príslušné údaje.

Vyrovnávacia pamäť L1, L2 a L3

Už teraz celkom dobre rozumieme, ako ukladací priestor na počítači funguje a ako funguje ukladanie do vyrovnávacej pamäte. Ale musíme vedieť, že vo vnútri CPU je vyrovnávacia pamäť L1, L2 a L3, zdá sa neuveriteľné, že niečo také malé sa tak hodí tak dobre? Pre tieto tri úrovne vyrovnávacej pamäte sa staráme o hierarchiu rýchlosti a samozrejme kapacity.

Vyrovnávacia pamäť L1

Pamäť cache L1 je najrýchlejšia konfigurácia, tá, ktorá je najbližšie k jadrám. Týmto sa ukladajú údaje, ktoré procesor okamžite použije, a preto sú rýchlosti okolo 1150 GB / sa latencia je iba 0, 9 ns.

Veľkosť tejto vyrovnávacej pamäte je spolu približne 256 kB, hoci v závislosti od výkonu procesora (a nákladov) bude v skutočnosti menšie alebo viac, v skutočnosti procesory Workstation, ako je Intel Core i9-7980 XE, majú niektoré Celkom 1152 KB.

Táto vyrovnávacia pamäť L1 je rozdelená na dva typy, dátovú vyrovnávaciu pamäť L1 a vyrovnávaciu pamäť inštrukcií L1, prvá je zodpovedná za ukladanie spracovávaných údajov a druhá ukladá informácie o operácii, ktorá sa má vykonať (sčítanie, odčítanie, násobenie, etc).

Okrem toho má každé jadro svoje vlastné vyrovnávacie pamäte cache L1, takže ak máme šesťjadrový procesor, budeme mať 6 vyrovnávacích pamätí L1 rozdelených na L1 D a L1 I. V procesoroch Intel má každá 32 MB a v Procesory AMD sú tiež 32 KB alebo 64 KB na L1 I. Samozrejme sa budú líšiť podľa kvality a sily, ako vždy.

Vyrovnávacia pamäť L2

Ďalší, ktorý nájdeme, bude cache L2 alebo level 2. To má väčšiu úložnú kapacitu, aj keď to bude o niečo pomalšie, asi 470 GB / sa oneskorenie 2, 8 ns. Veľkosť úložiska sa zvyčajne pohybuje medzi 256 KB a 18 MB. Už vidíme, že sú to značné kapacity pre rýchlosti, ktoré zvládneme.

Inštrukcie a dáta sú v nej uložené a čoskoro ich bude procesor využívať. V tomto prípade sa nerozdelí na inštrukcie a dáta. Máme však vyrovnávaciu pamäť L2 pre každé jadro, aspoň to je prípad najdôležitejších procesorov. Pre každé jadro je zvyčajne 256, 512 alebo až 1024 KB.

Pamäť cache L3

Nakoniec nájdeme vyrovnávaciu pamäť L3, ktorá má vyhradený priestor pre procesorový čip. Bude to najväčšia a zároveň najpomalšia, hovoríme o viac ako 200 GB / sa oneskorení 11 ns.

V súčasnej dobe dôstojný procesor bude mať najmenej 4 MB vyrovnávacej pamäte L3 a budú vidieť disky až 64 MB. L3 sa zvyčajne rozprestiera okolo 2 MB na jadro, ale povedzme, že to nie je vnútri každého jadra, takže existuje dátová zbernica, ktorá s nimi komunikuje. Solventnosť a rýchlosť CPU do veľkej miery závisia od tejto zbernice a samotnej pamäte RAM a práve tu spoločnosť Intel získava energiu od spoločnosti AMD.

Ako spoznať vyrovnávaciu pamäť L1, L2 a L3 môjho procesora

Jedným z najrýchlejších spôsobov, ako zistiť tieto informácie, je stiahnuť si nástroj CPU-Z, ktorý je úplne zadarmo a poskytne vám veľmi úplné informácie o vašom procesore. Dokonca aj tri úrovne a množstvo úložného priestoru pre každú z nich. Môžete si ho stiahnuť z jeho oficiálnych webových stránok.

Môžete tiež vložiť značku a model do prehliadača a zamieriť na stránku výrobcu, hoci zvyčajne poskytujú iba informácie o vyrovnávacej pamäti L3. Samozrejme, pri všetkých našich kontrolách procesorov poskytujeme úplné informácie o vyrovnávacej pamäti každého procesora a porovnávame jeho výkon.

Latencia, šírka zbernice a nedostatok vyrovnávacej pamäte

Rozumeli sme, že dáta prúdia z pevného disku do jadra spracovania cez všetky úrovne pamäte. Ak procesor najprv hľadá ďalšiu inštrukciu na spracovanie, je v pamäti cache, systém kvality by mal vedieť, ako správne lokalizovať údaje na základe svojej dôležitosti, aby sa minimalizovali prístupové časy k nim, čo sa nazýva latencia., Latencia je čas potrebný na prístup k údajom z pamäte. Čím ďalej a pomalšie, vyššia latencia a dlhšie CPU bude musieť čakať na svoju ďalšiu inštrukciu. Preto, keď inštrukcia nie je umiestnená v pamäti cache, procesor ju musí vyhľadať priamo v pamäti RAM, nazýva sa to nedostatok pamäte cache alebo miss cache, to je situácia, keď sa vyskytne pomalší počítač.

Šírka zbernice má tiež veľký význam pre rýchlosť, pretože označuje schopnosť prenášať väčšie bloky údajov z pamäte do procesora. CPU aj RAM sú 64 bitov, ale funkcia Dual Channel je schopná zdvojnásobiť túto kapacitu na 128 bitov, takže prenos medzi týmito prvkami má väčšiu kapacitu.

Záver o vyrovnávacej pamäti L1, L2 a L3

Vždy sa veľa pozeráme na počet jadier a rýchlosť procesora, je jasné, že do značnej miery určuje jeho celkovú rýchlosť. Prvkom, ktorý sa niekedy zvyčajne nezohľadňuje, je vyrovnávacia pamäť a je nevyhnutný, pokiaľ ide o výkonný procesor.

Mať napríklad 6-jadrový procesor so 4 alebo 16 MB vyrovnávacej pamäte L3, bude veľmi dôležité, pokiaľ ide o meranie jeho výkonu, najmä ak máme viac otvorených programov. Takže od tejto chvíle sa dobre rozhodnite pre túto časť, keď sa rozhodnete kúpiť procesor, pretože nie všetko závisí od frekvencie.

K tejto téme máme ďalšie zaujímavé návody, takže ich tu nechávame:

Odporúčame tiež naše aktualizované príručky hardvéru:

Dúfame, že všetky tieto informácie boli pre vás užitočné, aby ste sa dozvedeli viac o procesoroch a vyrovnávacej pamäti. Ak máte otázky, môžete sa nás opýtať v okienku s komentármi. Uvidíme sa v ďalšom tutoriále!