Шта је кеш л1, л2 и л3 и како то ради?

Јесте ли икад чули за предмеморију Л1, Л2 и Л3 ? Свакако да, али ако нисте сигурни шта ти нивои предмеморије заиста значе, у овом ћемо чланку покушати да објаснимо све што најбоље може. Од сада ћете боље разумјети меморијске карактеристике процесора.

Већ ћете знати да је једна од најважнијих компоненти рачунара његова меморија, говоримо наравно о РАМ меморији, оној у којој су сви програми и оперативни систем учитани тако да их користи процесор или треба да приступе диску тешко.

РАМ је много бржи од чврстог диска, посебно од механичких дискова. Али још увек постоји бржа меморија у нашем рачунару, тачније у оквиру нашег процесора, и то је кеш меморија, што ћемо видети данас.

Садржај индекс

Која је кеш меморија процесора

Прво што ћемо морати да знамо је шта је кеш меморија уопште. Као што смо већ рекли, у рачунару постоји неколико врста меморије и тачно ће кеш меморија бити најбржа од свих.

Ниво складиштења

За почетак, у првом кораку имаћемо примарно складиште, а то су несумњиво чврсти дискови. У њима се све информације трајно чувају, из њега оперативни систем чини функционалан ПЦ. То је најспорија меморија, од око 150МБ / с на ХДД-у (механички чврсти диск) до импресивних 3.500МБ / с најбржих ССД-ова на тржишту.

Друго, имаћемо меморију са случајним приступом или РАМ меморију. То је мања ССД меморија, која није способна да трајно похрањује податке и делује као пролаз између тврдог диска и процесора. Нуди брзину већу од 30 000 МБ / с у ДДР4. Меморија се назива и ДРАМ (Динамиц РАМ) јер је треба стално ажурирати да се не би изгубиле информације.

Трећи ниво, најбржи

И на крају дођемо до оног на врху, кеша. То је врло мала меморија која је инсталирана унутар сопственог микропроцесора и типа СРАМ (Статиц РАМ). Производња је много скупља од уобичајене РАМ-а и може чувати податке без сталног ажурирања.

Чињеница да се инсталира унутар ЦПУ-а чини га најближим процесорским језграмама и зато мора бити проклето брз. У ствари, достиже брзину већу од 200 ГБ / с и латенције од око 10 или 11 нс (наносекунде). Кеш меморија је задужена за чување упутстава које ће тренутачно обрадити ЦПУ, тако да им може приступити што је брже могуће.

Заузврат, кеш меморија је подељена на неколико нивоа, сваки бржи, мањи и ближи процесору. Процесори тренутно имају укупно три нивоа кеш меморије у себи. Пре него што пређемо у то, погледајмо како предмеморија функционише.

Како ради кеширање

Можда то не знате, али практично све периферне јединице и елементи рачунара имају сопствену кеш меморију, на пример, саме хард дискове, штампач и наравно ГПУ графичке картице. А функција свих њих, укључујући и ЦПУ, биће иста.

Као што знамо, рачунар је "паметан" захваљујући оперативном систему и његовим програмима. Сваки од ових програма креиран је из програмског језика, што заузврат представља скуп упутстава која се у ЦПУ-у морају извршити уредно. Кажемо на уредан начин, јер управо у овом тренутку успостављање различитих нивоа складиштења има смисла.

Подаци се на чврстим дисковима похрањују на фиксни начин, али пошто су тако спори и „толико су удаљени“ од ЦПУ-а, учитавају се претходно у РАМ меморији, много брже меморије и користе се само за програме који су у раду.

Меморијски контролер улази у игру

Али то још увек није довољно, јер су данашњи ЦПУ-ови тако брзи и способни да изврше милионе операција сваке секунде на свакој језгри, улази у кеш меморију. Унутар ЦПУ-а се налази меморијски контролер, који је у основи оно што се раније називало сјеверни или сјеверни мост и био је чип инсталиран на матичној плочи. Па, овај меморијски контролер је сада унутар ЦПУ- а и задужен је за примање упутстава која ће се изводити из РАМ меморије, као и враћање резултата циклуса обраде.

Али постоје и две врсте аутобуса који су задужени за комуникацију ЦПУ-а са РАМ меморијом, они се називају магистрала података и адресна магистрала:

• Сабирница података: они су у основи стазе којима круже подаци и упуте. Постојат ће магистрала података која међусобно комуницира РАМ, кеш и језгре. Сабирница адреса: то је независни канал на којем ЦПУ захтева меморијску адресу на којој се налазе подаци. Упутства се чувају у меморијским ћелијама које имају адресу, и РАМ, кеш меморија и ЦПУ морају да га знају како би пронашли спорне податке.

Л1, Л2 и Л3 кеш меморије

До сада већ отприлике схватамо како складиштење функционише на ПЦ-у и како ради кеширање. Али морамо знати да постоји предмеморија Л1, Л2 и Л3 унутар ЦПУ-а, чини се невероватно да нешто тако мало одговара тако добро? За ова три нивоа кеш меморије задовољава хијерархију брзине и, наравно, капацитета.

Л1 кеш меморија

Л1 кеш меморија је најбржа конфигурација, она која је најближа језграма. Овде се чувају подаци које ће ЦПУ одмах користити, и зато су брзине око 1150 ГБ / с, а латенција је само 0, 9 нс.

Величина ове кеш меморије износи око 256 КБ укупно, мада ће у зависности од снаге ЦПУ-а (и трошкова) бити мање или више, у ствари, процесори Воркстатион као што је Интел Цоре и9-7980 КСЕ имају неке 1152 КБ укупно.

Ова Л1 предмеморија подијељена је у двије врсте, Л1 кеш података и Л1 предмеморија цацхе, прва је задужена за похрану података који се обрађују, а друга похрањује информације о операцији коју треба извести (сабирање, одузимање, множење и сл. итд.).

Поред тога, свако језгро има своје Л1 кешеве, тако да ако имамо 6-језгрени процесор, имаћемо 6 Л1 кеша подељених у Л1 Д и Л1 И. У Интеловим процесорима сваки има 32 КБ, а АМД-ови процесори су такође 32 КБ или 64 КБ на Л1 И. Наравно, мењаће се у зависности од квалитета и снаге, као и увек.

Л2 кеш меморија

Сљедећи ћемо пронаћи кеш Л2 или ниво 2. Ово има већи капацитет складиштења, иако ће бити мало спорији, око 470 ГБ / с и 2, 8 нс закашњења. Величина меморије обично варира између 256 КБ и 18 МБ. Већ видимо да су они знатни капацитети за брзине којима управљамо.

Упуте и подаци се чувају у њему и ускоро ће их користити ЦПУ, а у овом случају се не деле на Упуте и податке. Али ми имамо Л2 кеш меморију за свако језгро, барем је то случај с најрелевантнијим процесорима. За свако језгро обично постоји 256, 512 или до 1024 КБ.

Л3 кеш меморија

Напокон ћемо пронаћи Л3 кеш меморију која има процесор на чипу. Биће то највећи, а уједно и најспорији, говоримо о више од 200 ГБ / с и 11 нс закашњења.

Тренутно вредан процесор има најмање 4 МБ Л3 кеш меморије, а могу се видети и погони капацитета до 64 МБ. Л3 се обично распоређује на око 2 МБ по језгри, али рецимо да није унутар сваке језгре, тако да постоји магистрала података која комуницира с њима. Солвентност и брзина ЦПУ-а у великој мери зависе од ове магистрале и саме РАМ меморије. Овде Интел добија своју моћ од АМД-а.

Како знати предмеморије Л1, Л2 и Л3 мог процесора

Па, један од најбржих начина да сазнате ове информације је преузимање алата ЦПУ-З, који је потпуно бесплатан и пружиће вам врло потпуне информације о вашем ЦПУ-у. Чак и три нивоа и количину складиштења за сваки. Можете је преузети са свог званичног вебсајта.

Такође можете ставити марку и модел у прегледач и упутити се на страницу произвођача, мада они обично пружају само информације о Л3 кешу. Наравно, у свом прегледу процесора дајемо потпуне информације о кеширању сваког ЦПУ-а и успоређујемо његове перформансе.

Латенција, ширина сабирнице и недостатак кеша меморије

Разумели смо да подаци пролазе са чврстог диска у језгро за обраду кроз све нивое меморије. Тамо где процесор прво тражи следеће упутство за обраду, налази се у кеш меморији, систем квалитета треба да зна како да правилно лоцира податке на основу њихове важности како би се минимизирало време приступа њима, што се назива латенција.

Латенција је тада потребно време за приступ подацима из меморије. Што даље и спорије, веће кашњење и дуже ЦПУ мораће да сачека следеће упутство. Према томе, када се инструкција не налази у кеш меморији, процесор мора да је тражи директно у РАМ меморији, то се назива недостатак кеша или недостаје кеш меморије, то је када се доживљава спорији ПЦ.

Ширина сабирнице је такође од великог значаја за брзину, јер означава способност преноса већих блокова података из меморије у ЦПУ. И ЦПУ и РАМ су 64 бита, али функција дуалног канала може да удвостручи овај капацитет на 128 бита тако да пренос између тих елемената има већи капацитет.

Закључак о Л1, Л2 и Л3 кеш меморији

Увек гледамо много на број језгара и брзину процесора, јасно је да то у великој мери одређује његову укупну брзину. Али елемент који се понекад обично не узима у обзир је кеш меморија, и то је битно када је у питању снажан процесор.

На пример, 6-језгрени ЦПУ са 4 или 16 МБ Л3 кеш меморије биће веома значајан када је реч о мерењу његових перформанси, посебно када имамо више отворених програма. Дакле, од сада добро погледајте овај одељак када одлучите да купите процесор, јер не зависи све од фреквенције.

Имамо још занимљивих водича о овој теми, па их овде остављамо:

Такође препоручујемо наше ажуриране хардверске водиче:

Надамо се да су вам све ове информације биле корисне да бисте сазнали више о процесорима и кеш меморији. Ако имате питања, можете нас питати у пољу за коментаре. Видимо се у следећем туториалу!