Kas ir l1, l2 un l3 kešatmiņa un kā tā darbojas?

Vai esat kādreiz dzirdējis par kešatmiņu L1, L2 un L3 ? Protams, jā, bet, ja neesat pārliecināts, ko īsti nozīmē šie kešatmiņas līmeņi, šajā rakstā mēs centīsimies visu izskaidrot pēc iespējas labāk. Turpmāk jūs labāk sapratīsit procesora atmiņas īpašības.

Jūs jau zināt, ka viens no vissvarīgākajiem datora komponentiem ir tā atmiņa, protams, mēs runājam par operatīvo atmiņu - to, kurā tiek ielādētas visas programmas un operētājsistēma, lai tās izmantotu procesors vai arī tām būtu jāpiekļūst diskam. grūti.

RAM ir daudz ātrāks nekā cietais disks, īpaši nekā mehāniskie diskdziņi. Bet joprojām mūsu datorā, īpaši procesora iekšienē, ir ātrāka atmiņa, un šī ir kešatmiņas atmiņa, ko mēs redzēsim šodien.

Satura rādītājs

Kāda ir centrālā procesora kešatmiņas atmiņa

Pirmais, kas mums būs jāzina, ir tas, kas kopumā ir kešatmiņa. Kā mēs jau teicām, personālajā datorā ir vairāki atmiņas veidi, un tieši kešatmiņas atmiņa būs visātrākā.

Glabāšanas līmeņi

Lai sāktu, pirmajā solī mums būs galvenā krātuve, kas, bez šaubām, ir cietie diski. Tajos visa informācija tiek pastāvīgi glabāta, no kuras operētājsistēma izveido funkcionējošu datoru. Tā ir lēnākā atmiņa, sākot no aptuveni 150 MB / s HDD (mehāniskajā cietajā diskā) līdz iespaidīgajiem ātrākajiem SSD diskiem tirgū - 3 500 MB / s.

Otrkārt, mums būs brīvpiekļuves atmiņa vai RAM. Tā ir mazāka cietvielu atmiņa, kas nespēj pastāvīgi glabāt datus, un darbojas kā vārteja starp cieto disku un procesoru. DDR4 tas piedāvā ātrumu virs 30 000 MB / s. Atmiņu sauc arī par DRAM (Dynamic RAM), jo tā ir pastāvīgi jāatjaunina, lai nezaudētu informāciju.

Trešais līmenis, ātrākais

Un beidzot mēs nonākam pie tā, kas atrodas augšpusē, kešatmiņā. Tā ir ļoti maza atmiņa, kas tiek uzstādīta sava mikroprocesora iekšpusē un SRAM (statiskā RAM) tipa. Ražošana ir daudz dārgāka nekā parastā operatīvā atmiņa, un tā var glabāt datus, pastāvīgi neveicot atjauninājumus.

Tas, ka ir uzstādīts centrālā procesora centrā, padara to vistuvāk apstrādes kodoliem, un tieši tāpēc tam ir jābūt sasodīti ātram. Faktiski tas sasniedz ātrumu virs 200 GB / s un latentumu aptuveni 10 vai 11 ns (nanosekundēs). Kešatmiņas atmiņa ir atbildīga par instrukciju, kuras tūlīt apstrādā CPU, glabāšanu, lai tā tām varētu piekļūt pēc iespējas ātrāk.

Savukārt kešatmiņas atmiņa ir sadalīta vairākos līmeņos, katrs no tiem ir ātrāks, mazāks un tuvāk procesoram. Procesoriem pašlaik ir kopumā trīs kešatmiņas līmeņi. Pirms mēs iedziļināmies šajā vietā, īsi apskatīsim, kā darbojas kešatmiņa.

Kā darbojas kešatmiņa

Jūs to varbūt nezināt, bet praktiski visām datora perifēriskajām ierīcēm un elementiem ir sava kešatmiņa, piemēram, pašiem cietajiem diskiem, printerim un, protams, grafisko karšu GPU. Un visu to, ieskaitot CPU, funkcija būs vienāda.

Kā mēs zinām, dators ir "gudrs", pateicoties operētājsistēmai un tās programmām. Katra no šīm programmām ir izveidota no programmēšanas valodas, kas savukārt ir instrukciju kopums, kas noteiktā kārtībā jāizpilda CPU. Mēs sakām sakārtotā veidā, jo tieši šajā brīdī ir jēga izveidot dažādus glabāšanas līmeņus.

Dati tiek fiksēti saglabāti cietajos diskos, taču, tā kā tie ir tik lēni un atrodas “tik tālu” no centrālā procesora, tie pirms tam tiek ielādēti RAM atmiņā, daudz ātrākā atmiņā, un tos izmanto tikai tām programmām, kuras ir darbojas.

Spēlē tiek izmantots atmiņas kontrolieris

Bet ar to joprojām nepietiek, jo mūsdienu CPU ir tik ātri un spēj veikt miljoniem operāciju katru sekundi katrā kodolā, kešatmiņa tiek ievietota. CPU iekšpusē ir atmiņas kontrolieris, kas būtībā ir tas, ko iepriekš sauca par ziemeļu tiltu vai ziemeļu tiltu, un tā bija mikroshēma, kas uzstādīta uz mātesplates. Šis atmiņas kontrolieris tagad atrodas centrālā procesora iekšienē un ir atbildīgs par instrukciju ņemšanu no RAM atmiņas, kā arī par apstrādes cikla rezultātu atgriešanu.

Bet ir arī divu veidu autobusi, kas ir atbildīgi par centrālā procesora komunikāciju ar RAM atmiņu. Tos sauc par datu kopnēm un adreses kopnēm:

• Datu kopne: tie galvenokārt ir maršruti, pa kuriem cirkulē dati un instrukcijas. Būs datu kopne, kas savstarpēji sazinās RAM, kešatmiņu un serdeņus. Adreses kopne: tas ir neatkarīgs kanāls, kurā centrālais procesors pieprasa atmiņas adresi, kur atrodas dati. Instrukcijas tiek glabātas atmiņas šūnās, kurām ir adrese, un RAM, kešatmiņai un CPU tas jāzina, lai atrastu attiecīgos datus.

L1, L2 un L3 kešatmiņa

Tagad mēs diezgan aptuveni saprotam, kā glabāšana darbojas datorā un kā kešatmiņa. Bet mums jāzina, ka centrālā procesora iekšpusē ir kešatmiņa L1, L2 un L3, šķiet neticami, ka kaut kas tik mazs der tik labi? Šajos trīs kešatmiņas līmeņos tiek ievērota ātruma un, protams, jaudas hierarhija.

L1 kešatmiņas atmiņa

L1 kešatmiņa ir visātrākā konfigurācija, vistuvākā kodoliem. Tādā veidā tiek saglabāti dati, kurus CPU nekavējoties izmantos, un tāpēc ātrums ir ap 1150 GB / s, un latentums ir tikai 0, 9 ns.

Šīs kešatmiņas atmiņas lielums kopumā ir aptuveni 256 KB, lai gan atkarībā no CPU jaudas (un izmaksām) tā būs mazāka vai lielāka, faktiski tādiem darbstacijas procesoriem kā Intel Core i9-7980 XE ir daži Kopā 1152 KB.

Šī L1 kešatmiņa ir sadalīta divos veidos, L1 datu kešatmiņā un L1 komandu kešatmiņā, pirmais ir atbildīgs par apstrādājamo datu glabāšanu, bet otrais glabā informāciju par veicamo darbību (saskaitīšana, atņemšana, reizināšana, utt.)

Turklāt katram kodolam ir savas L1 kešatmiņas, tāpēc, ja mums ir 6 kodolu procesors, mums būs 6 L1 kešatmiņas, kas sadalītas L1 D un L1 I. Intel procesoros katrs ir 32 KB, bet AMD procesori arī L1 I ir 32 KB vai 64 KB. Protams, kā vienmēr, tie atšķirsies atkarībā no kvalitātes un jaudas.

L2 kešatmiņas atmiņa

Nākamais, ko mēs atradīsim, būs L2 vai 2. līmeņa kešatmiņa. Tam ir lielāka atmiņas ietilpība, kaut arī tā būs nedaudz lēnāka, aptuveni 470 GB / s un 2, 8 ns latentuma. Krātuves lielums parasti svārstās no 256 KB līdz 18 MB. Mēs jau redzam, ka tās ir ievērojamas jaudas, ar kādām mēs rīkojamies.

Instrukcijas un dati tiek glabāti tajā, un CPU tos drīz izmantos, un šajā gadījumā tas nav sadalīts instrukcijās un datos. Bet mums katram kodolim ir L2 kešatmiņa, vismaz tas attiecas uz visatbilstošākajiem procesoriem. Katrā kodolā parasti ir 256, 512 vai līdz 1024 KB.

L3 kešatmiņas atmiņa

Visbeidzot mēs atradīsim L3 kešatmiņu, kurai procesora mikroshēmā ir paredzēta tam paredzēta vieta. Tas būs lielākais un arī vislēnākais, mēs runājam par vairāk nekā 200 GB / s un 11 ns latentuma.

Pašlaik cienīgam procesoram būs vismaz 4 MB L3 kešatmiņas, un būs redzami diskdziņi līdz 64 MB. L3 parasti ir sadalīts apmēram 2 MB vienā kodolā, bet pieņemsim, ka tas neatrodas katrā kodolā, tāpēc ar tiem ir datu kopne, lai ar tiem sazinātos. Centrālā procesora maksātspēja un ātrums lielā mērā ir atkarīgs no šī kopnes un pašas RAM atmiņas, un tieši šeit Intel iegūst jaudu no AMD.

Kā uzzināt mana procesora kešatmiņu L1, L2 un L3

Viens no ātrākajiem veidiem, kā uzzināt šo informāciju, ir CPU-Z rīka lejupielāde, kas ir pilnīgi bezmaksas un nodrošinās jums ļoti pilnīgu informāciju par jūsu CPU. Pat trīs līmeņi un katra glabāšanas apjoms. Jūs to varat lejupielādēt no tās oficiālās vietnes.

Jūs arī varētu ievietot marku un modeli pārlūkprogrammā un doties uz ražotāja lapu, lai gan parasti tie sniedz tikai informāciju par L3 kešatmiņu. Protams, visos procesoru pārskatos mēs sniedzam pilnīgu informāciju par katra procesora kešatmiņu un salīdzinām tā veiktspēju.

Latentums, kopnes platums un kešatmiņas trūkums

Mēs esam sapratuši, ka dati no cietā diska uz apstrādes kodolu plūst caur visiem atmiņas līmeņiem. Ja procesors vispirms meklē nākamo apstrādājamo instrukciju, kas atrodas kešatmiņas atmiņā, kvalitātes sistēmai jāzina, kā pareizi noteikt datus, pamatojoties uz to svarīgumu, lai samazinātu piekļuves laiku tiem, ko sauc par latentumu.

Pēc tam latentums ir laiks, kas nepieciešams piekļuvei datiem no atmiņas. Tālākam un lēnākam, ar lielāku latentumu un ilgāku CPU būs jāgaida nākamā instrukcija. Tātad, ja instrukcija neatrodas kešatmiņas atmiņā, procesoram tā jāmeklē tieši RAM atmiņā, to sauc par kešatmiņas trūkumu vai par īslaicīgas kešatmiņas saglabāšanu, tas ir, ja tiek pieredzēts lēnāks dators.

Kopnes platumam ir liela nozīme arī ātrumā, jo tas iezīmē spēju pārsūtīt lielākus datu blokus no atmiņas uz centrālo procesoru. Gan centrālais procesors, gan operatīvā atmiņa ir 64 biti, taču divkanālu funkcija spēj divkāršot šo jaudu līdz 128 bitiem, lai pārsūtīšanai starp šiem elementiem būtu lielāka ietilpība.

Secinājums par L1, L2 un L3 kešatmiņas atmiņu

Mēs vienmēr daudz skatāmies uz kodolu skaitu un procesora ātrumu, ir skaidrs, ka tas lielā mērā nosaka tā kopējo ātrumu. Bet elements, kas dažreiz parasti netiek ņemts vērā, ir kešatmiņas atmiņa, un tas ir ļoti svarīgi, ja ir jaudīgs procesors.

Piemēram, ja ir 6 kodolu centrālais procesors ar 4 vai 16 MB L3 kešatmiņu, tas būs ļoti svarīgi, lai izmērītu tā veiktspēju, it īpaši, ja mums ir vairākas atvērtas programmas. Tātad, sākot no šī brīža, labi izlasiet šo sadaļu, kad nolemjat iegādāties procesoru, jo ne viss ir atkarīgs no frekvences.

Mums ir interesantākas apmācības par šo tēmu, tāpēc šeit mēs tās atstājam:

Mēs iesakām arī mūsu atjauninātos aparatūras ceļvežus:

Mēs ceram, ka visa šī informācija jums bija noderīga, lai uzzinātu vairāk par procesoriem un kešatmiņas atmiņu. Ja jums ir jautājumi, varat uzdot mums komentāru lodziņā. Tiekamies nākamajā apmācībā!