Mi az l1, l2 és l3 gyorsítótár és hogyan működik?

Hallott már valaha az L1, L2 és L3 gyorsítótárról ? Természetesen igen, de ha nem biztos benne, hogy ezek a gyorsítótár-szintek valójában mit jelentenek, akkor ebben a cikkben mindent megpróbálunk magyarázni a lehető legjobb képességeink szerint. Mostantól jobban megérti a processzor memóriajellemzőit.

Már tudni fogja, hogy a számítógép egyik legfontosabb alkotóeleme a memória, természetesen a RAM memóriáról beszélünk, amelyre az összes program és az operációs rendszer betöltődik, így a processzor használja őket, vagy a lemezhez kell férniük kemény.

A RAM sokkal gyorsabb, mint egy merevlemez, főleg a mechanikus meghajtóknál. De még mindig gyorsabb a memória a számítógépünkben, különösen a processzorunkban, és ez a gyorsítótár, amelyet látni fogunk ma.

Tartalom index

Mi a CPU gyorsítótár-memóriája?

Az első dolog, amit tudnunk kell, hogy általában a gyorsítótár. Mint már korábban elmondtuk, a számítógépeken többféle memória létezik, és pontosan a gyorsítótár lesz a leggyorsabb.

Tárolási szintek

Először az első lépésben megkapjuk az elsődleges tárolót, amely kétségtelenül merevlemez. Ezekben az információk folyamatosan tárolódnak, ebből az operációs rendszer működőképes számítógépet készít. Ez a leglassabb memória, kb. 150 MB / s-ig a merevlemezen (mechanikus merevlemez) a lenyűgöző 3.500 MB / s -ig a piac leggyorsabb SSD-jein.

Másodszor, van véletlen hozzáférésű memória vagy RAM. Ez egy kisebb, félvezető memória, amely nem képes adatok végleges tárolására, és átjáróként szolgál a merevlemez és a processzor között. A DDR4 sebessége több, mint 30 000 MB / s. A memóriát DRAM (dinamikus RAM) néven is hívják, mert azt folyamatosan frissíteni kell az információk elvesztésének elkerülése érdekében.

A harmadik szint, a leggyorsabb

És végül eljutunk a tetején lévőhez, a gyorsítótárhoz. Ez egy nagyon kicsi memória, amelyet a saját mikroprocesszorába és az SRAM (statikus RAM) típusú eszközbe telepítünk. Sokkal drágább a szokásos RAM-ok előállítása, és folyamatos frissítés nélkül tárolhatja az adatokat.

A CPU belsejébe való telepítés miatt a processzormaghoz legközelebb van, ezért átkozottul gyorsnak kell lennie. Valójában 200 GB / s-ot meghaladó sebességet és körülbelül 10 vagy 11 ns (nanoszekundum) késleltetést ér el. A gyorsítótár-memória felel az utasítások tárolásáért, amelyeket a CPU hamarosan feldolgozni fog, hogy a lehető leggyorsabban hozzáférhessen hozzájuk.

A gyorsítótár-memória viszont több szintre oszlik, mindegyik gyorsabb, kisebb és közelebb van a processzorhoz. A processzorok jelenleg összesen három szintű gyorsítótárban vannak. Mielőtt belekezdenénk, vessünk egy rövid pillantást a gyorsítótár működésére.

Hogyan működik a gyorsítótárazás?

Lehet, hogy nem ismeri, de a számítógép minden perifériájához és eleméhez saját gyorsítótár tartozik, például maguknak a merevlemezeknek, a nyomtatónak és természetesen a grafikus kártyák GPU-jának. És mindegyikük funkciója, beleértve a CPU-t is, ugyanaz lesz.

Mint tudjuk, a számítógép "okos" az operációs rendszernek és annak programjainak köszönhetően. Ezen programok mindegyikét programozási nyelvből készítik, amely viszont olyan utasításkészlet, amelyet szabályosan kell végrehajtani a CPU-ban. Rendszeresen mondjuk, mert ezen a ponton van értelme különféle tárolási szinteket létrehozni.

Az adatokat rögzített módon tárolja a merevlemez-meghajtók, de mivel olyan lassúak és "távol vannak" a CPU-tól, akkor előtte vannak betöltve a RAM memóriába, egy sokkal gyorsabb tárolóhelyre, és csak azokhoz a programokhoz használják, amelyek működésben.

A memóriavezérlő játékba kerül

De ez még mindig nem elég, mert a mai CPU-k olyan gyorsak és képesek egymás milliói műveletek végrehajtására másodpercenként minden magon, a gyorsítótár bekerül. A CPU-ban van egy memóriavezérlő, amely alapvetően az, amit korábban az északi hídnak vagy az északi hídnak neveztek, és az chip volt az alaplapon telepítve. Nos, ez a memóriavezérlő most a CPU-n belül van, és a feladata a végrehajtandó utasításoknak a RAM memóriából való átvétele, valamint a feldolgozási ciklus eredményeinek visszaadása.

De létezik két olyan busz is , amelyek felelősek a CPU és a RAM memória kommunikálásáért. Ezeket adatbuszoknak és címbuszoknak nevezzük:

• Adatbusz: alapvetően azok a sávok, ahol az adatok és az utasítások keringnek. Lesz egy adat busz, amely kommunikálja a RAM-ot, a gyorsítótárat és a magokat egymással. Cím busz: ez egy független csatorna, ahol a CPU azt a memória címet kéri, ahol az adatok találhatók. Az utasításokat a memóriacellákban tárolják, amelyeknek címe van, és a RAM-nak, a gyorsítótárnak és a CPU-nak ismernie kell azt a kérdéses adatok megkereséséhez.

L1, L2 és L3 gyorsítótár

Most már nagyjából megértjük, hogy a tárolás hogyan működik a számítógépen, és hogyan működik a gyorsítótárazás. De tudnunk kell, hogy a CPU-ban van L1, L2 és L3 gyorsítótár, hihetetlennek tűnik, hogy valami oly kicsi jól illik igazán? A gyorsítótár-memória e három szintje megfelel a sebesség és természetesen a kapacitás hierarchiájának.

L1 gyorsítótár-memória

Az L1 gyorsítótár a leggyorsabb konfiguráció, legközelebb a magokhoz. Ez tárolja azokat az adatokat, amelyeket a CPU azonnal felhasznál. Ez az oka annak, hogy a sebesség körülbelül 1150 GB / s, a késleltetés pedig csak 0, 9 ns.

A gyorsítótár teljes mérete kb. 256 KB, bár a CPU teljesítményétől (és költségétől függően) kevesebb vagy annál kevesebb lesz, sőt, a munkaállomás processzorainak, mint például az Intel Core i9-7980 XE, van néhány Összesen 1152 KB.

Ez az L1 gyorsítótár két típusra oszlik: az L1 adat gyorsítótár és az L1 utasítás gyorsítótár, az első felelős a feldolgozandó adatok tárolásáért, a második pedig a végrehajtandó műveletre vonatkozó információk (összeadás, kivonás, szorzás, stb.)

Ezenkívül minden magnak saját L1 gyorsítótára van, tehát ha van egy 6 magos processzorunk, akkor lesz 6 L1 gyorsítótár, L1 D és L1 I-re osztva. Az Intel processzorokban mindegyik 32 KB, az Az AMD processzorok szintén 32 KB vagy 64 KB az L1 I készüléken. Természetesen, mint mindig, a minőség és az erő függvényében változnak.

L2 gyorsítótár-memória

A következő találjuk az L2 vagy a 2. szintű gyorsítótárat. Ennek több tárolókapacitása van, bár kissé lassabb lesz, körülbelül 470 GB / s és 2, 8 ns késleltetés. A tároló mérete általában 256 KB és 18 MB között változhat. Már látjuk, hogy ezek jelentős kapacitással bírnak a kezelt sebességnél.

Az utasításokat és az adatokat tárolja benne, és hamarosan a CPU felhasználja, és ebben az esetben nem oszlik meg utasításokra és adatokra. De van egy L2 gyorsítótár minden maghoz, legalábbis ez a helyzet a legrelevánsabb processzorok esetében. Minden mag esetében általában 256, 512 vagy legfeljebb 1024 KB.

L3 gyorsítótár-memória

Végül megtaláljuk az L3 gyorsítótárat, amelynek erre a célra külön hely van a processzor chipen. Ez lesz a legnagyobb és a leglassabb is, több mint 200 GB / s-ról és 11 ns késleltetésről beszélünk.

Jelenleg egy méltó processzornak legalább 4 MB L3 gyorsítótára van, és 64 MB-os meghajtók láthatók. Az L3 általában magonként körülbelül 2 MB-ra van elosztva, de mondjuk csak, hogy nem az egyes magokon belül van, tehát van egy adat busz a velük való kommunikációhoz. A CPU fizetőképessége és sebessége nagymértékben ezen a buszon és magán a RAM memórián múlik, és itt az Intel kapja meg az AMD teljesítményét.

Hogyan lehet megismerni a processzorom L1, L2 és L3 gyorsítótárát

Nos, ezen információk megismerésének egyik leggyorsabb módja a CPU-Z eszköz letöltése, amely teljesen ingyenes, és nagyon teljes körű információt nyújt Önnek a CPU-ról. Még a három szint és az egyes tárolóhelyek mennyisége. Töltse le a hivatalos weboldaláról.

A márkát és a modellt fel is teheti a böngészőbe, és eljuthat a gyártó oldalára, bár általában csak az L3 gyorsítótárról tartalmaz információkat. Természetesen a processzorok áttekintésekor teljes körű információt nyújtunk az egyes processzorok gyorsítótáráról, és összehasonlítjuk a teljesítményét.

Latencia, buszszélesség és a gyorsítótár hiánya

Megértettük, hogy az adatok a memória minden szintjén átmennek a merevlemezről a feldolgozó magra. Ahol a processzor először a következő feldolgozandó utasítást keresi a gyorsítótár memóriájában, a minőségbiztosítási rendszernek tudnia kell, hogyan kell helyesen megtalálni az adatokat annak fontossága alapján, hogy minimálisra csökkentsék az adatokhoz való hozzáférési időket, amelyet késésnek neveznek.

A késés az az idő, amely az adatok memóriából való eléréséhez szükséges. A távolabbi és lassabb, magasabb késési idővel és hosszabb processzornak meg kell várnia a következő utasítást. Tehát, ha egy utasítás nem található a gyorsítótár-memóriában, akkor a processzornak közvetlenül a RAM-memóriában kell keresnie, ezt gyorsítótárhiánynak vagy hiányzó gyorsítótárnak hívják, ez az, amikor egy lassabb számítógép tapasztalható meg.

A buszszélesség a sebesség szempontjából szintén nagy jelentőséggel bír, mivel megjelöli azt a képességét, hogy nagyobb adatblokkokat vihessen át a memóriából a CPU-ba. Mind a CPU, mind a RAM 64 bit, de a Dual Channel funkció képes ezt a kapacitást 128 bitre megduplázni, hogy az elemek közötti átvitel nagyobb kapacitással járjon.

Következtetés az L1, L2 és L3 gyorsítótár memóriájáról

Mindig sokat figyelünk a magok számára és a processzor sebességére, egyértelmű, hogy nagyban meghatározza annak teljes sebességét. De egy olyan elem, amelyet általában nem vesznek figyelembe, a gyorsítótár memória, és ez elengedhetetlen, ha nagy teljesítményű processzorral rendelkezik.

Például egy 6 magos CPU-val, például 4 vagy 16 MB L3 gyorsítótárral, nagyon fontos lesz a teljesítmény mérése, különösen akkor, ha több nyitott programunk van. Tehát mostantól kezdve nézzen át erről a szakaszról, amikor úgy dönt, hogy vásárol egy processzort, mert nem minden függ a frekvenciától.

Van még érdekesebb útmutatók ebben a témában, ezért itt hagyjuk őket:

Azt is javasoljuk a frissített hardver útmutatókat:

Reméljük, hogy mindezek az információk hasznosak voltak, ha többet megismer a processzorokról és a gyorsítótár memóriájáról. Ha kérdése van, kérdezze meg nekünk a megjegyzés mezőben. Találkozunk a következő bemutatóban!