Что такое кэш l1, l2 и l3 и как он работает?

Вы когда-нибудь слышали о кэш-памяти L1, L2 и L3 ? Конечно, да, но если вы не уверены, что на самом деле означают эти уровни кэша, в этой статье мы постараемся объяснить все, что в наших силах. Отныне вы будете лучше понимать характеристики памяти процессора.

Вы уже будете знать, что одним из наиболее важных компонентов компьютера является его память, мы говорим, конечно, о памяти RAM, о которой все программы и операционная система загружаются так, что они используются процессором или им необходим доступ к диску. трудно.

Оперативная память намного быстрее жесткого диска, особенно механических. Но в нашем компьютере все еще есть более быстрая память, особенно в нашем процессоре, и это кэш-память, которую мы увидим сегодня.

Указатель содержания

Что такое кеш-память процессора

Первое, что нам нужно знать, это что такое кеш в целом. Как мы уже говорили, в ПК есть несколько типов памяти, и именно кеш-память будет самой быстрой из всех.

Уровни хранения

Для начала, на первом этапе у нас будет основное хранилище, которое, несомненно, является жестким диском. В них вся информация хранится постоянно, из нее операционная система превращается в функциональный ПК. Это самая медленная память - от 150 МБ / с на жестком диске (механический жесткий диск) до впечатляющих 3500 МБ / с самых быстрых твердотельных накопителей на рынке.

Во-вторых, у нас будет оперативная память или оперативная память. Это меньшая твердотельная память, которая не способна хранить данные постоянно и действует как шлюз между жестким диском и процессором. Он предлагает скорость более 30000 МБ / с в DDR4. Память также называется DRAM (динамическая память), потому что она должна постоянно обновляться, чтобы избежать потери информации.

Третий уровень, самый быстрый

И, наконец, мы подошли к тому, что наверху, кешу. Это очень маленькая память, которая устанавливается внутри собственного микропроцессора и типа SRAM (статическая память). Это намного дороже в производстве, чем обычная оперативная память, и может хранить данные без постоянного обновления.

Факт установки внутри ЦП делает его наиболее близким к ядрам обработки, и поэтому он должен быть чертовски быстрым. Фактически, он достигает скоростей более 200 ГБ / с и задержек около 10 или 11 нс (наносекунд). Кэш-память отвечает за хранение инструкций, которые в ближайшее время будут обрабатываться процессором, чтобы он мог получить к ним доступ как можно быстрее.

В свою очередь, кеш-память делится на несколько уровней, каждый из которых быстрее, меньше и ближе к процессору. В настоящее время процессоры имеют три уровня кэш-памяти. Прежде чем мы углубимся в это, давайте кратко рассмотрим, как работает кэш.

Как работает кеширование

Вы можете этого не знать, но практически все периферийные устройства и элементы компьютера имеют собственную кэш-память, например, сами жесткие диски, принтер и, конечно, графические процессоры видеокарт. И функция всех из них, включая функцию процессора, будет одинаковой.

Как известно, компьютер «умный» благодаря операционной системе и ее программам. Каждая из этих программ создается из языка программирования, который, в свою очередь, представляет собой набор инструкций, которые должны выполняться упорядоченным образом в ЦП. Мы говорим упорядоченно, потому что именно в этот момент имеет смысл установить разные уровни хранения.

Данные хранятся фиксированным образом на жестких дисках, но, поскольку они очень медленные и находятся «так далеко» от процессора, они загружаются раньше в оперативную память, гораздо быстрее, и используются только для программ, которые в эксплуатации.

Контроллер памяти вступает в игру

Но этого все еще недостаточно, потому что современные процессоры настолько быстры и способны выполнять миллионы операций каждую секунду на каждом ядре, входит в кеш. Внутри процессора находится контроллер памяти, который в основном назывался северным мостом или северным мостом и был установлен на материнской плате. Теперь этот контроллер памяти находится внутри ЦПУ и отвечает за получение инструкций, которые будут выполняться из оперативной памяти, а также за возврат результатов цикла обработки.

Но есть также два типа шин , которые отвечают за связь процессора с оперативной памятью, они называются шиной данных и адресной шиной:

• Шина данных: это в основном дорожки, по которым циркулируют данные и инструкции. Там будет шина данных, которая связывает ОЗУ, кеш и ядра друг с другом. Адресная шина: это независимый канал, где ЦП запрашивает адрес памяти, где расположены данные. Инструкции хранятся в ячейках памяти, которые имеют адрес, и ОЗУ, кэш и ЦП должны знать его, чтобы найти данные.

L1, L2 и L3 кеш

К настоящему времени мы уже достаточно приблизительно понимаем, как работает хранилище на ПК и как работает кэширование. Но мы должны знать, что в процессоре есть кэш L1, L2 и L3, кажется невероятным, что что-то такое маленькое подходит так много, верно? Для этих трех уровней кэш-памяти существует иерархия скорости и, конечно же, емкости.

L1 кеш-память

Кеш L1 - самая быстрая конфигурация, самая близкая к ядрам. При этом хранятся данные, которые будут немедленно использоваться ЦП, поэтому скорости составляют около 1150 ГБ / с, а задержка составляет всего 0, 9 нс.

Размер этой кэш-памяти в общей сложности составляет около 256 КБ, хотя в зависимости от мощности (и стоимости) процессора она будет меньше или больше, фактически, процессоры для рабочих станций, такие как Intel Core i9-7980 XE, имеют некоторые Всего 1152 КБ.

Этот кэш L1 делится на два типа: кэш данных L1 и кэш команд L1, первый отвечает за хранение данных, подлежащих обработке, а второй хранит информацию о выполняемой операции (сложение, вычитание, умножение, и т.д.).

Кроме того, каждое ядро ​​имеет свои собственные кэши L1, поэтому, если у нас есть 6-ядерный процессор, у нас будет 6 кэшей L1, разделенных на L1 D и L1 I. В процессорах Intel каждый составляет 32 КБ, а в Процессоры AMD также занимают 32 КБ или 64 КБ на L1 I. Конечно, они будут варьироваться в зависимости от качества и мощности, как всегда.

Кэш-память второго уровня

Следующим, что мы найдем, будет кэш L2 или уровня 2. Это имеет большую емкость, хотя и будет немного медленнее, около 470 ГБ / с и задержка 2, 8 нс. Размер хранилища обычно варьируется от 256 КБ до 18 МБ. Мы уже видим, что они являются значительными возможностями для скоростей, с которыми мы справляемся.

Инструкции и данные хранятся в нем и скоро будут использоваться процессором, и в этом случае они не будут разделены на Инструкции и данные. Но у нас есть кэш L2 для каждого ядра, по крайней мере, так обстоит дело с наиболее подходящими процессорами. Для каждого ядра обычно есть 256, 512 или до 1024 КБ.

Кэш-память третьего уровня

Наконец, мы найдем кэш L3, который имеет выделенное место для него на чипе процессора. Он будет самым большим и самым медленным, мы говорим о более чем 200 ГБ / с и 11 нс задержки.

В настоящее время достойный процессор будет иметь как минимум 4 МБ кэш-памяти третьего уровня, и можно увидеть диски до 64 МБ. L3 обычно занимает около 2 МБ на ядро, но давайте просто скажем, что он не внутри каждого ядра, поэтому для связи с ними существует шина данных. Платежеспособность и скорость процессора во многом зависят от этой шины и самой оперативной памяти, и именно здесь Intel получает питание от AMD.

Как узнать кеш L1, L2 и L3 моего процессора

Ну, один из самых быстрых способов узнать эту информацию - это загрузить инструмент CPU-Z, который является абсолютно бесплатным и предоставит вам очень полную информацию о вашем процессоре. Даже три уровня и объем памяти для каждого. Вы можете скачать его с официального сайта.

Вы также можете поместить марку и модель в браузер и перейти на страницу производителя, хотя обычно они предоставляют только информацию о кеше L3. Конечно, во всех наших обзорах процессоров мы даем полную информацию о кеше каждого процессора и оцениваем его производительность.

Задержка, ширина шины и отсутствие кеша

Мы поняли, что данные поступают с жесткого диска на ядро ​​обработки через все уровни памяти. Там, где процессор сначала ищет следующую инструкцию для обработки, находится в кэш-памяти, система качества должна знать, как правильно определять местоположение данных в зависимости от их важности, чтобы минимизировать время доступа к ним, которое называется задержкой, Задержка - это время, необходимое для доступа к данным из памяти. Чем дальше и медленнее, с большей задержкой и дольше, процессору придется ждать следующей инструкции. Таким образом, когда инструкция не находится в кеш-памяти, процессор должен искать ее непосредственно в оперативной памяти, это называется отсутствием кеша или отсутствием кеша, это происходит при более медленном ПК.

Ширина шины также имеет большое значение для скорости, так как она обозначает способность передавать большие блоки данных из памяти в ЦП. И ЦП, и ОЗУ имеют 64 бита, но двухканальная функция способна удвоить эту емкость до 128 бит, чтобы передача между этими элементами имела большую емкость.

Заключение о кэш-памяти L1, L2 и L3

Мы всегда много смотрим на количество ядер и скорость процессора, ясно, что он во многом определяет его общую скорость. Но элемент, который иногда не учитывается, - это кэш-память, и это важно, когда требуется мощный процессор.

Например, наличие 6-ядерного ЦП с 4 или 16 МБ кэш-памяти третьего уровня будет очень важным, когда дело доходит до измерения его производительности, особенно когда у нас несколько открытых программ. Итак, с этого момента, внимательно посмотрите на этот раздел, когда вы решите купить процессор, потому что не все зависит от частоты.

У нас есть более интересные учебники по этой теме, поэтому здесь мы оставляем их:

Мы также рекомендуем наши обновленные руководства по аппаратному обеспечению:

Мы надеемся, что вся эта информация была полезна для вас, чтобы узнать больше о процессорах и кэш-памяти. Если у вас есть вопросы, вы можете задать их в поле для комментариев. Увидимся в следующем уроке!