Co to jest pamięć podręczna l1, l2 i l3 i jak działa?

Czy słyszałeś kiedyś o pamięci podręcznej L1, L2 i L3 ? Z pewnością tak, ale jeśli nie jesteś pewien, co naprawdę oznaczają te poziomy pamięci podręcznej, w tym artykule postaramy się wyjaśnić wszystko, co w naszej mocy. Odtąd lepiej zrozumiesz charakterystykę pamięci procesora.

Będziesz już wiedział, że jednym z najważniejszych elementów komputera jest jego pamięć, mówimy oczywiście o pamięci RAM, tej, w której wszystkie programy i system operacyjny są ładowane, aby były używane przez procesor lub musiały mieć dostęp do dysku ciężko.

Pamięć RAM jest znacznie szybsza niż dysk twardy, zwłaszcza niż dyski mechaniczne. Ale wciąż jest szybsza pamięć w naszym komputerze, szczególnie w naszym procesorze, a to pamięć podręczna, co zobaczymy dzisiaj.

Indeks treści

Jaka jest pamięć podręczna procesora

Pierwszą rzeczą, którą będziemy musieli wiedzieć, jest ogólnie pamięć podręczna. Jak już powiedzieliśmy, w komputerze jest kilka rodzajów pamięci i właśnie pamięć podręczna będzie najszybsza ze wszystkich.

Poziomy przechowywania

Na początek w pierwszym kroku będziemy mieli podstawową pamięć masową, którą niewątpliwie są dyski twarde. W nich wszystkie informacje są przechowywane na stałe, z których system operacyjny tworzy funkcjonalny komputer. Jest to najwolniejsza pamięć, od około 150 MB / s na HDD (mechaniczny dysk twardy) do imponujących 3500 MB / s najszybszych dysków SSD na rynku.

Po drugie, będziemy mieć pamięć o dostępie swobodnym lub pamięć RAM. Jest to mniejsza pamięć półprzewodnikowa, która nie jest w stanie trwale przechowywać danych i działa jako brama między dyskiem twardym a procesorem. Oferuje prędkość większą niż 30 000 MB / s w DDR4. Pamięć jest również nazywana DRAM (Dynamic RAM), ponieważ musi być stale aktualizowana, aby uniknąć utraty informacji.

Trzeci poziom, najszybszy

I w końcu dochodzimy do tej na górze, do skrzynki. Jest to bardzo mała pamięć, która jest zainstalowana we własnym mikroprocesorze i typu SRAM (statyczna pamięć RAM). Jest znacznie droższy w produkcji niż zwykła pamięć RAM i może przechowywać dane bez ciągłej aktualizacji.

Fakt, że jest zainstalowany wewnątrz procesora, czyni go najbliższym rdzeniom przetwarzającym i dlatego musi być cholernie szybki. W rzeczywistości osiąga prędkość ponad 200 GB / s, a opóźnienia wynoszą około 10 lub 11 ns (nanosekund). Pamięć podręczna jest odpowiedzialna za przechowywanie instrukcji, które natychmiast zostaną przetworzone przez procesor, tak aby mógł uzyskać do nich dostęp tak szybko, jak to możliwe.

Z kolei pamięć podręczna jest podzielona na kilka poziomów, z których każdy jest szybszy, mniejszy i bliżej procesora. Procesory mają obecnie łącznie trzy poziomy pamięci podręcznej. Zanim się tym zajmiemy, rzućmy okiem na to, jak działa pamięć podręczna.

Jak działa buforowanie

Możesz tego nie wiedzieć, ale praktycznie wszystkie urządzenia peryferyjne i elementy komputera mają własną pamięć podręczną, na przykład same dyski twarde, drukarkę i oczywiście procesory graficzne kart graficznych. A funkcja wszystkich z nich, w tym procesora, będzie taka sama.

Jak wiemy, komputer jest „inteligentny” dzięki systemowi operacyjnemu i jego programom. Każdy z tych programów jest tworzony z języka programowania, który z kolei jest zestawem instrukcji, które muszą być wykonywane w sposób uporządkowany w CPU. Mówimy w uporządkowany sposób, ponieważ w tym momencie ustalenie różnych poziomów pamięci ma sens.

Dane są przechowywane w ustalony sposób na dyskach twardych, ale ponieważ są one tak wolne i znajdują się „tak daleko” od procesora, są wcześniej ładowane do pamięci RAM, znacznie szybszej pamięci i są używane tylko w programach, które są w eksploatacji.

W grę wchodzi kontroler pamięci

Ale to wciąż nie wystarczy, ponieważ dzisiejsze procesory są tak szybkie i są w stanie wykonać miliony operacji na sekundę na każdym rdzeniu, do którego wchodzi pamięć podręczna. Wewnątrz procesora znajduje się kontroler pamięci, który w zasadzie był wcześniej nazywany mostem północnym lub mostem północnym i był chipem zainstalowanym na płycie głównej. Ten kontroler pamięci znajduje się teraz w CPU i odpowiada za pobieranie instrukcji, które zostaną wykonane z pamięci RAM, a także za zwracanie wyników cyklu przetwarzania.

Ale są też dwa rodzaje magistrali, które są odpowiedzialne za komunikację procesora z pamięcią RAM, nazywane są magistralą danych i magistralą adresową:

• Magistrala danych: są to w zasadzie ścieżki, w których krążą dane i instrukcje. Będzie szyna danych, która komunikuje między sobą pamięć RAM, pamięć podręczną i rdzenie. Magistrala adresowa: jest to niezależny kanał, w którym CPU żąda adresu pamięci, w którym znajdują się dane. Instrukcje są przechowywane w komórkach pamięci, które mają adres, i zarówno pamięć RAM, pamięć podręczna, jak i procesor muszą je znać, aby zlokalizować dane dane.

Pamięć podręczna L1, L2 i L3

Do tej pory rozumiemy już z grubsza, jak działa pamięć na komputerze i jak działa buforowanie. Ale musimy wiedzieć, że wewnątrz procesora jest pamięć podręczna L1, L2 i L3, wydaje się niewiarygodne, że coś tak małego pasuje tak bardzo, prawda? Te trzy poziomy pamięci podręcznej zaspokajają hierarchię prędkości i oczywiście pojemności.

Pamięć podręczna L1

Pamięć podręczna L1 jest najszybszą konfiguracją, najbliższą rdzeniom. Przechowuje to dane, które zostaną natychmiast wykorzystane przez procesor, dlatego prędkości wynoszą około 1150 GB / s, a opóźnienie wynosi zaledwie 0, 9 ns.

Rozmiar tej pamięci podręcznej wynosi ogółem około 256 KB, chociaż w zależności od mocy procesora (i kosztu) będzie on mniejszy lub większy, w rzeczywistości procesory stacji roboczej, takie jak Intel Core i9-7980 XE, mają pewne Łącznie 1152 KB.

Ta pamięć podręczna L1 jest podzielona na dwa typy: pamięć podręczną danych L1 i pamięć podręczną instrukcji L1. Pierwszy z nich jest odpowiedzialny za przechowywanie danych do przetworzenia, a drugi przechowuje informacje o wykonywanej operacji (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, itp.).

Ponadto każdy rdzeń ma własne pamięci podręczne L1, więc jeśli mamy 6-rdzeniowy procesor, będziemy mieli 6 pamięci podręcznych L1 podzielonych na L1 D i L1 I. W procesorach Intel każdy ma 32 KB, a w Procesory AMD mają również 32 KB lub 64 KB na L1 I. Oczywiście będą się różnić w zależności od jakości i mocy, jak zawsze.

Pamięć podręczna L2

Następnym, który znajdziemy, będzie pamięć podręczna L2 lub poziom 2. Ma to większą pojemność, choć będzie nieco wolniejsze, około 470 GB / si opóźnienie 2, 8 ns. Rozmiar pamięci wynosi zwykle od 256 KB do 18 MB. Widzimy już, że mają one znaczną pojemność dla prędkości, które obsługujemy.

Instrukcje i dane są w nim przechowywane i wkrótce zostaną wykorzystane przez CPU, w tym przypadku nie są one podzielone na instrukcje i dane. Ale mamy pamięć podręczną L2 dla każdego rdzenia, przynajmniej tak jest w przypadku najbardziej odpowiednich procesorów. Na każdy rdzeń przypada zwykle 256, 512 lub do 1024 KB.

Pamięć podręczna L3

Wreszcie znajdziemy pamięć podręczną L3, która ma dedykowane miejsce na nią w układzie procesora. Będzie to największy i zarazem najwolniejszy, mówimy o ponad 200 GB / si opóźnieniu 11 ns.

Obecnie godny procesor będzie miał co najmniej 4 MB pamięci podręcznej L3, a dyski do 64 MB. L3 jest zwykle rozłożony na około 2 MB na rdzeń, ale powiedzmy, że nie ma go w każdym rdzeniu, więc istnieje szyna danych do komunikacji z nimi. Wypłacalność i szybkość procesora w dużej mierze zależą od tej magistrali i samej pamięci RAM, i tutaj Intel uzyskuje moc od AMD.

Jak poznać pamięć podręczną L1, L2 i L3 mojego procesora

Cóż, jednym z najszybszych sposobów na poznanie tych informacji jest pobranie narzędzia CPU-Z, które jest całkowicie bezpłatne i zapewni bardzo kompletne informacje na temat twojego procesora. Nawet trzy poziomy i ilość miejsca dla każdego z nich. Możesz pobrać go z oficjalnej strony internetowej.

Możesz także umieścić markę i model w przeglądarce i przejść do strony producenta, chociaż zwykle zawierają one tylko informacje o pamięci podręcznej L3. Oczywiście we wszystkich naszych przeglądach procesorów podajemy pełne informacje o pamięci podręcznej każdego procesora i porównujemy jego wydajność.

Opóźnienie, szerokość magistrali i brak pamięci podręcznej

Zrozumieliśmy, że dane przepływają z dysku twardego do rdzenia przetwarzającego przez wszystkie poziomy pamięci. Tam, gdzie procesor najpierw szuka następnej instrukcji do przetworzenia, znajduje się w pamięci podręcznej, system jakości powinien wiedzieć, jak poprawnie zlokalizować dane na podstawie ich ważności, aby zminimalizować czas dostępu do nich, co nazywa się opóźnieniem.

Opóźnienie to czas potrzebny na dostęp do danych z pamięci. Im dalej i wolniej, tym większe opóźnienia i dłużej procesor będzie musiał czekać na kolejną instrukcję. Tak więc, gdy instrukcja nie znajduje się w pamięci podręcznej, procesor musi szukać jej bezpośrednio w pamięci RAM, co nazywa się brakiem pamięci podręcznej lub brakującą pamięcią podręczną, to wtedy występuje wolniejszy komputer.

Szerokość magistrali ma również duże znaczenie dla szybkości, ponieważ oznacza możliwość przesyłania większych bloków danych z pamięci do procesora. Zarówno procesor, jak i pamięć RAM mają 64 bity, ale funkcja dwukanałowa może podwoić tę pojemność do 128 bitów, dzięki czemu transfer między tymi elementami ma większą pojemność.

Wnioski dotyczące pamięci podręcznej L1, L2 i L3

Zawsze dużo patrzymy na liczbę rdzeni i szybkość procesora, jasne jest, że w dużej mierze determinuje to całkowitą szybkość. Ale elementem, który czasami nie jest zwykle brany pod uwagę, jest pamięć podręczna i jest ona niezbędna, jeśli chodzi o posiadanie wydajnego procesora.

Na przykład posiadanie 6-rdzeniowego procesora z 4 lub 16 MB pamięci podręcznej L3 będzie bardzo znaczące, jeśli chodzi o pomiar jego wydajności, szczególnie gdy mamy wiele otwartych programów. Od tej pory dobrze przyjrzyj się tej sekcji, kiedy zdecydujesz się kupić procesor, ponieważ nie wszystko zależy od częstotliwości.

Mamy więcej interesujących samouczków na ten temat, więc zostawiamy je:

Zalecamy również nasze zaktualizowane przewodniki po sprzęcie:

Mamy nadzieję, że wszystkie te informacje były przydatne, aby dowiedzieć się więcej o procesorach i pamięci podręcznej. Jeśli masz pytania, możesz je nam zadać w polu komentarza. Do zobaczenia w następnym samouczku!