Co je mezipaměť l1, l2 a l3 a jak to funguje?

Už jste někdy slyšeli o mezipaměti L1, L2 a L3 ? Určitě ano, ale pokud si nejste jisti, co tyto úrovně mezipaměti skutečně znamenají, pokusíme se v tomto článku vysvětlit vše, co je v našich silách. Od této chvíle lépe pochopíte paměťové vlastnosti procesoru.

Už víte, že jednou z nejdůležitějších součástí počítače je jeho paměť, mluvíme samozřejmě o paměti RAM, o tom, kde jsou načteny všechny programy a operační systém, takže jsou využívány procesorem nebo musí mít přístup k disku těžké.

RAM je mnohem rychlejší než pevný disk, zejména než mechanické jednotky. Ale v našem počítači je stále ještě rychlejší paměť, konkrétně v našem procesoru, a to je paměť cache, což dnes uvidíme.

Index obsahu

Co je mezipaměť paměti CPU

První věc, kterou budeme muset vědět, je to, co je mezipaměť obecně. Jak jsme již řekli, v počítači existuje několik typů paměti a právě mezipaměť bude nejrychlejší ze všech.

Úrovně úložiště

Nejprve budeme mít v prvním kroku primární úložiště, což jsou nepochybně pevné disky. V nich jsou všechny informace trvale uloženy, z nichž operační systém vytváří funkční PC. Je to nejpomalejší paměť, od přibližně 150 MB / s na HDD (mechanický pevný disk) po působivých 3 500 MB / s nejrychlejších SSD na trhu.

Za druhé, budeme mít paměť s náhodným přístupem nebo RAM. Je to menší polovodičová paměť, která není schopna trvale ukládat data a funguje jako brána mezi pevným diskem a procesorem. Nabízí rychlost vyšší než 30 000 MB / s v DDR4. Paměť se také nazývá DRAM (Dynamic RAM), protože je třeba ji neustále aktualizovat, aby nedošlo ke ztrátě informací.

Třetí úroveň, nejrychlejší

A konečně se dostáváme k tomu nahoře, ke vyrovnávací paměti. Je to velmi malá paměť, která je instalována uvnitř svého vlastního mikroprocesoru a typu SRAM (Static RAM). Výroba je mnohem dražší než normální RAM a může uchovávat data bez neustálé aktualizace.

Díky skutečnosti, že je instalován uvnitř procesoru, je to nejblíže zpracovatelským jádrům, a proto musí být rychle zatraceně rychlé. Ve skutečnosti dosahuje rychlosti přes 200 GB / sa latence kolem 10 nebo 11 ns (nanosekund). Paměť mezipaměti je zodpovědná za ukládání pokynů, které budou okamžitě zpracovány procesorem, aby k nim měl co nejrychlejší přístup.

Mezipaměť je zase rozdělena do několika úrovní, z nichž každá je rychlejší, menší a blíže k procesoru. Procesory mají v současné době celkem tři úrovně mezipaměti. Než se k tomu dostaneme, podívejme se rychle, jak funguje mezipaměť.

Jak funguje ukládání do mezipaměti

Možná to nevíte, ale prakticky všechna periferní zařízení a prvky počítače mají svou vlastní vyrovnávací paměť, například samotné pevné disky, tiskárnu a samozřejmě GPU grafických karet. A funkce všech z nich, včetně funkce CPU, bude stejná.

Jak víme, počítač je díky operačnímu systému a jeho programům „chytrý“. Každý z těchto programů je vytvořen z programovacího jazyka, což je sada instrukcí, které musí být provedeny řádně v CPU. Říkáme uspořádaným způsobem, protože právě v této chvíli má smysl stanovit různé úrovně skladování.

Data jsou pevně uložena na pevných discích, ale protože jsou tak pomalá a jsou „daleko“ od CPU, jsou načtena dříve do paměti RAM, mnohem rychlejší úložiště a používají se pouze pro programy, které jsou v provozu.

Spustí se paměťový řadič

Stále to však nestačí, protože dnešní CPU jsou tak rychlé a schopné provádět miliony operací každou sekundu na každém jádru, do mezipaměti vstupuje. Uvnitř CPU je paměťový řadič, což je v podstatě to, co se dříve nazývalo severní most nebo severní most a byl nainstalován čip na základní desce. Tento řadič paměti je nyní uvnitř procesoru a má na starosti přijímání instrukcí, které se budou provádět z paměti RAM, a také vracení výsledků cyklu zpracování.

Existují však také dva typy sběrnic, které mají na starosti komunikaci CPU s pamětí RAM, nazývají se datová sběrnice a adresová sběrnice:

• Datová sběrnice: jsou to v podstatě stopy, ve kterých cirkulují data a pokyny. Bude existovat datová sběrnice, která spolu komunikuje RAM, mezipaměť a jádra. Adresa sběrnice: je to nezávislý kanál, kde CPU požaduje paměťovou adresu, kde jsou data umístěna. Instrukce jsou uloženy v paměťových buňkách, které mají adresu, a obě paměti RAM, cache a CPU ji musí znát, aby nalezly dotyčná data.

Mezipaměť L1, L2 a L3

Už nyní docela dobře rozumíme tomu, jak úložiště funguje na PC a jak funguje ukládání do mezipaměti. Ale musíme vědět, že uvnitř CPU je mezipaměť L1, L2 a L3, zdá se neuvěřitelné, že se něco tak malého hodí tak dobře, že? Pro tyto tři úrovně mezipaměti se pamatujte na hierarchii rychlosti a samozřejmě kapacity.

L1 vyrovnávací paměť

Mezipaměť L1 je nejrychlejší konfigurace, ta nejblíže k jádrům. Tím jsou uložena data, která bude procesor okamžitě použit, a proto jsou rychlosti kolem 1150 GB / sa latence je pouze 0, 9 ns.

Velikost této mezipaměti je celkem kolem 256 KB, ačkoli v závislosti na výkonu procesoru (a nákladech) to bude méně či více, ve skutečnosti procesory Workstation, jako je Intel Core i9-7980 XE, mají některé Celkem 1152 KB.

Tato mezipaměť L1 je rozdělena do dvou typů, datové mezipaměti L1 a mezipaměti instrukcí L1, první je zodpovědná za ukládání dat ke zpracování a druhá ukládá informace o operaci, která má být provedena (sčítání, odčítání, násobení, atd.).

Kromě toho má každé jádro své vlastní mezipaměti L1, takže pokud máme šestjádrový procesor, budeme mít 6 mezipamětí L1 rozdělených na L1 D a L1 I. V procesorech Intel je každá 32 MB a v AMD procesory jsou také 32 KB nebo 64 KB na L1 I. Samozřejmě se budou lišit podle kvality a síly, jako vždy.

L2 vyrovnávací paměť

Další, kterou najdeme, bude mezipaměť L2 nebo úrovně 2. To má více úložné kapacity, i když to bude o něco pomalejší, asi 470 GB / sa zpoždění 2, 8 ns. Velikost úložiště se obvykle pohybuje mezi 256 KB a 18 MB. Už vidíme, že jsou to značné kapacity pro rychlosti, které zvládneme.

Instrukce a data jsou v něm uloženy a brzy budou použity procesorem, a v tomto případě se nerozdělí na Pokyny a data. Ale pro každé jádro máme mezipaměť L2, alespoň to je případ nejdůležitějších procesorů. Pro každé jádro je obvykle 256, 512 nebo až 1024 KB.

L3 vyrovnávací paměť

Nakonec najdeme mezipaměť L3, která má vyhrazený prostor pro procesorový čip. Bude to největší a zároveň nejpomalejší, mluvíme o více než 200 GB / sa 11 sekund latence.

V současné době hodný procesor bude mít minimálně 4 MB vyrovnávací paměti L3 a lze vidět jednotky až 64 MB. L3 je obvykle rozložen na asi 2 MB na jádro, ale řekněme, že to není uvnitř každého jádra, takže existuje datová sběrnice pro komunikaci s nimi. Solventnost a rychlost CPU do značné míry závisí na této sběrnici a samotné paměti RAM a právě zde získává Intel energii od AMD.

Jak poznat mezipaměť L1, L2 a L3 mého procesoru

Jedním z nejrychlejších způsobů, jak tyto informace zjistit, je stáhnout si nástroj CPU-Z, který je zcela zdarma a poskytne vám velmi úplné informace o vašem procesoru. Dokonce i tři úrovně a množství úložiště pro každou. Můžete si ji stáhnout z oficiálních webových stránek.

Můžete také vložit značku a model do prohlížeče a zamířit na stránku výrobce, i když obvykle poskytují pouze informace o mezipaměti L3. Ve všech našich kontrolách procesorů samozřejmě poskytujeme úplné informace o mezipaměti každého procesoru a porovnáváme jeho výkon.

Latence, šířka sběrnice a nedostatek mezipaměti

Pochopili jsme, že data proudí z pevného disku do jádra zpracování přes všechny úrovně paměti. Pokud procesor nejprve hledá další instrukci ke zpracování, je v mezipaměti, měl by systém kvality vědět, jak správně lokalizovat data na základě své důležitosti, aby se minimalizoval přístupový čas k nim, který se nazývá latence.

Latence je doba potřebná k přístupu k datům z paměti. Čím dál a pomalejší, vyšší latence a delší CPU bude muset čekat na další instrukce. Pokud tedy instrukce není umístěna v mezipaměti, procesor ji musí hledat přímo v paměti RAM, což se nazývá nedostatek mezipaměti nebo chybná mezipaměť, to je situace, kdy dochází k pomalejšímu počítači.

Šířka sběrnice má také velký význam pro rychlost, protože značí schopnost přenášet větší bloky dat z paměti do CPU. CPU i RAM jsou 64 bitů, ale funkce Dual Channel je schopna tuto kapacitu zdvojnásobit na 128 bitů, takže přenos mezi těmito prvky má větší kapacitu.

Závěr o vyrovnávací paměti L1, L2 a L3

Vždy se hodně díváme na počet jader a rychlost procesoru, je zřejmé, že do značné míry určuje celkovou rychlost. Ale prvkem, který se obvykle obvykle nebere v úvahu, je vyrovnávací paměť a je nezbytný, pokud jde o výkonný procesor.

Mít například šestjádrový procesor s mezipamětí 4 nebo 16 MB L3, bude velmi důležité, pokud jde o měření jeho výkonu, zejména pokud máme více otevřených programů. Takže od této chvíle se dobře rozhodnete pro tuto sekci, když se rozhodnete koupit procesor, protože ne všechno závisí na frekvenci.

K tomuto tématu máme další zajímavé návody, takže je zde necháváme:

Doporučujeme také naše aktualizované průvodce hardwarem:

Doufáme, že všechny tyto informace pro vás byly užitečné, abyste se dozvěděli více o procesorech a mezipaměti. Máte-li dotazy, můžete se nás zeptat v okénku s komentářem. Uvidíme se v dalším tutoriálu!