Какво е кеш на l1, l2 и l3 и как работи?

Чували ли сте някога за кеш L1, L2 и L3 ? Със сигурност да, но ако не сте сигурни какво всъщност означават тези нива на кеш, в тази статия ще се опитаме да обясним всичко възможно най-добре. Отсега нататък ще разберете по-добре характеристиките на паметта на процесор.

Вече ще знаете, че един от най-важните компоненти на компютъра е неговата памет, ние говорим разбира се за RAM паметта, тази, в която са заредени всички програми и операционна система, така че те се използват от процесора или трябва да имат достъп до диска трудно.

RAM паметта е много по-бърза от твърдия диск, особено от механичните дискове. Но все още има по-бърза памет в нашия компютър, по-специално в нашия процесор, и това е кеш паметта, което ще видим днес.

Индекс на съдържанието

Каква е кеш паметта на процесор

Първото нещо, което ще трябва да знаем, е какво е кешът като цяло. Както вече казахме, в рамките на компютър има няколко вида памет и точно кеш паметта ще бъде най-бързата от всички.

Нива на съхранение

Като начало, в първата стъпка ще имаме основното съхранение, което несъмнено са твърди дискове. В тях цялата информация се съхранява постоянно, от нея операционната система прави функционален компютър. Това е най-бавната памет, от около 150MB / s на твърд диск (механичен твърд диск) до впечатляващите 3500MB / s от най -бързите SSD на пазара.

Второ, ще имаме памет с произволен достъп или RAM памет. Това е по-малка твърда памет, която не е в състояние постоянно да съхранява данни и действа като шлюз между твърдия диск и процесора. Той предлага скорост, по-голяма от 30 000 MB / s в DDR4. Паметта също се нарича DRAM (Dynamic RAM), тъй като тя трябва постоянно да се актуализира, за да не загуби информация.

Третото ниво, най-бързо

И накрая стигаме до тази в горната част, кеша. Това е много малка памет, която е инсталирана вътре в собствения му микропроцесор и от типа SRAM (Static RAM). Производството е много по-скъпо от нормалната RAM и може да съхранява данни, без да се актуализира постоянно.

Фактът, че е инсталиран вътре в процесора, го прави най-близо до ядрата за обработка и затова той трябва да е дяволски бърз. Всъщност той достига скорост от над 200 GB / s и закъснения от около 10 или 11 ns (наносекунди). Кеш паметта отговаря за съхраняването на инструкциите, които незабавно ще бъдат обработени от процесора, така че да има достъп до тях възможно най-бързо.

От своя страна кеш паметта е разделена на няколко нива, всяко от които по-бързо, по-малко и по-близо до процесора. В момента процесорите имат общо три нива на кеш паметта вътре. Преди да се заемем с това, нека да разгледаме набързо как работи кеш паметта.

Как работи кеширането

Може да не го знаете, но практически всички периферни устройства и елементи на компютър имат собствена кеш памет, например самите твърди дискове, принтера и разбира се графичните процесори на графичните карти. И функцията на всички тях, включително и на процесора, ще бъде същата.

Както знаем, компютърът е "умен" благодарение на операционната система и нейните програми. Всяка от тези програми е създадена от език за програмиране, което от своя страна представлява набор от инструкции, които трябва да бъдат изпълнени по подреден начин в процесора. Ние казваме по подреден начин, защото точно в този момент установяването на различни нива на съхранение има смисъл.

Данните се съхраняват по фиксиран начин в твърдите дискове, но тъй като са толкова бавни и са "толкова далеч" от процесора, те се зареждат преди това в RAM паметта, много по-бързо съхранение и се използват само за програмите, които са в експлоатация.

Контролерът на паметта влиза в игра

Но това все още не е достатъчно, защото днешните процесори са толкова бързи и способни да изпълняват милиони операции всяка секунда на всяко ядро, кешът влиза. Вътре в процесора има контролер на паметта, който е основно това, което преди се наричаше северен мост или северен мост и беше чип, инсталиран на дънната платка. Е, този контролер на паметта вече е вътре в процесора и отговаря за вземане на инструкциите, които ще бъдат изпълнени от RAM паметта, както и за връщане на резултатите от процеса на обработка.

Но има и два вида шини , които отговарят за комуникацията на процесора с RAM паметта, те се наричат ​​шина за данни и адресна шина:

• Шина за данни: те са основно пистите, по които циркулират данните и инструкциите. Ще има шина за данни, която комуникира RAM, кеш и ядра помежду си. Адресна шина: това е независим канал, където процесорът изисква адреса на паметта, където се намират данните. Инструкциите се съхраняват в клетки от паметта, които имат адрес, и RAM, кешът и процесорът трябва да го знаят, за да намерят въпросните данни.

L1, L2 и L3 кеш

Към момента вече разбираме доста грубо как работи съхранението на компютър и как работи кеширането. Но трябва да знаем, че в процесора има кеш-памет L1, L2 и L3, изглежда невероятно, че нещо толкова малко се вписва толкова много нали? За тези три нива на кеш паметта се грижи за йерархия на скоростта и, разбира се, на капацитета.

L1 кеш памет

Кешът L1 е най-бързата конфигурация, най-близката до ядрата. Това съхранява данните, които веднага ще бъдат използвани от процесора и затова скоростите са около 1150 GB / s, а латентността е само 0, 9 ns.

Размерът на тази кеш памет е около 256 KB общо, въпреки че в зависимост от мощността на процесора (и цената) той ще бъде по-малък или повече, всъщност процесорите на Workstation като Intel Core i9-7980 XE имат някои 1152 KB общо.

Този L1 кеш е разделен на два типа, кешът на данни L1 и кешът на инструкциите на L1, първият е отговорен за съхраняването на данните, които ще бъдат обработени, а вторият съхранява информацията за операцията, която трябва да се извърши (събиране, изваждане, умножение и др. и т.н.).

Освен това всяко ядро ​​има свои собствени L1 кешове, така че ако имаме 6-ядрен процесор, ще имаме 6 L1 кеша, разделени на L1 D и L1 I. В процесорите на Intel всяко от тях е 32 KB и в AMD процесорите също са 32 KB или 64 KB на L1 I. Разбира се, те ще варират според качеството и мощността, както винаги.

L2 кеш памет

Следващият, който ще открием, ще бъде кешът на L2 или ниво 2. Това има повече капацитет за съхранение, въпреки че ще бъде малко по-бавно, около 470 GB / s и 2, 8 ns латентност. Размерът на паметта обикновено варира между 256 KB и 18 MB. Вече виждаме, че те са значителен капацитет за скоростите, с които се справяме.

Инструкциите и данните се съхраняват в него и скоро ще бъдат използвани от процесора, като в този случай не се разделят на инструкции и данни. Но имаме L2 кеш за всяко ядро, поне това е случаят с най-подходящите процесори. За всяко ядро обикновено има 256, 512 или до 1024 KB.

L3 кеш памет

Най-накрая ще намерим кеша на L3, който има отделено пространство за него на процесорния чип. Той ще бъде най-големият, а също и най-бавният, говорим за повече от 200 GB / s и 11 ns закъснение.

Понастоящем един достоен процесор ще разполага с поне 4MB L3 кеш и могат да се видят дискове до 64MB. Обикновено L3 се разпределя върху около 2MB на ядро, но нека само да кажем, че не е във всяко ядро, така че има шина за данни, която да комуникира с тях. Платежоспособността и скоростта на процесора до голяма степен зависят от тази шина и самата RAM памет и това е мястото, където Intel получава силата си от AMD.

Как да знам кеша L1, L2 и L3 на моя процесор

Е, един от най-бързите начини да разберете тази информация е да изтеглите инструмента CPU-Z, който е напълно безплатен и ще ви предостави много пълна информация за вашия процесор. Дори и трите нива и количеството съхранение за всяко. Можете да го изтеглите от официалния му уебсайт.

Можете също така да поставите марката и модела в браузъра и да се насочите към страницата на производителя, въпреки че те обикновено предоставят само информация за кеша на L3. Разбира се, при целия си преглед на процесорите ние даваме пълна информация за кеша на всеки процесор и сравняваме неговата производителност.

Закъснение, ширина на шината и липса на кеш памет

Разбрахме, че данните преминават от твърдия диск към ядрото за обработка през всички нива на паметта. Когато процесорът за първи път търси следващата инструкция за обработка, е в кеш паметта, системата за качество трябва да знае как правилно да локализира данните въз основа на нейното значение, за да минимизира времето за достъп до тях, което се нарича закъснение, Закъснението е времето, необходимо за достъп до данни от паметта. Колкото по-далеч и по-бавно, по-висока латентност и по-дълго процесорът ще трябва да изчака следващата си инструкция. По този начин, когато инструкция не е разположена в кеш паметта, процесорът трябва да я търси директно в паметта на RAM паметта, това се нарича липса на кеш или кеш пропускане, това е когато се наблюдава по-бавен компютър.

Ширината на шината също е от голямо значение за скоростта, тъй като тя бележи способността за прехвърляне на по-големи блокове данни от паметта към процесора. И CPU, и RAM са 64 бита, но функцията Dual Channel е в състояние да удвои този капацитет до 128 бита, така че преносът между тези елементи да има по-голям капацитет.

Заключение за L1, L2 и L3 кеш паметта

Винаги гледаме много на броя на ядрата и скоростта на процесора, ясно е, че това до голяма степен определя общата скорост на него. Но елемент, който понякога обикновено не се взема предвид, е кеш паметта и е от съществено значение, когато става въпрос за наличието на мощен процесор.

Наличието на 6-ядрен процесор с 4 или 16 MB кеш L3 например ще бъде много важно, когато става въпрос за измерване на неговата производителност, особено когато имаме множество отворени програми. Така че от сега нататък, разгледайте добре този раздел, когато решите да купите процесор, защото не всичко зависи от честотата.

Имаме още интересни уроци по тази тема, така че тук ги оставяме:

Също така препоръчваме нашите актуализирани ръководства за хардуер:

Надяваме се, че цялата тази информация е била полезна за вас, за да знаете повече за процесорите и кеш паметта. Ако имате въпроси, можете да ни зададете в полето за коментар. Ще се видим в следващия урок!