Što je predmemorija l1, l2 i l3 i kako to radi?

Jeste li ikad čuli za predmemoriju L1, L2 i L3 ? Svakako da, ali ako niste sigurni što te razine predmemorije zaista znače, u ovom ćemo članku pokušati objasniti sve najbolje što možemo. Od sada ćete bolje razumjeti memorijske karakteristike procesora.

Već ćete znati da je jedna od najvažnijih komponenti računala njegova memorija, naravno govorimo o RAM memoriji, onoj u kojoj su svi programi i operativni sustav učitani tako da ih koristi procesor ili treba imati pristup disku teško.

RAM je mnogo brži od tvrdog diska, posebno od mehaničkih pogona. Ali još uvijek je brže memorije u našem računalu, konkretno unutar našeg procesora, i to je cache memorija, što ćemo vidjeti danas.

Sadržaj indeks

Koja je predmemorija memorije procesora

Prvo što ćemo morati znati jest što je predmemorija općenito. Kao što smo već rekli, unutar računala postoji nekoliko vrsta memorije, a upravo će cache memorija biti najbrža od svih.

Razine skladištenja

Za početak, u prvom koraku imat ćemo primarno spremište, a to su nesumnjivo tvrdi diskovi. U njima se svi podaci trajno pohranjuju, iz njega operativni sustav čini funkcionalno računalo. Riječ je o najsporijoj memoriji, od oko 150 MB / s na tvrdom disku (mehanički tvrdi disk) do impresivnih 3.500 MB / s najbržih SSD-ova na tržištu.

Drugo, imat ćemo memoriju sa slučajnim pristupom ili RAM. To je manja memorija na čvrstom stanju, koja nije sposobna trajno pohranjivati ​​podatke i djeluje kao gateway između tvrdog diska i procesora. Nudi brzinu veću od 30 000 MB / s u DDR4. Memorija se naziva i DRAM (Dynamic RAM) jer ju je potrebno stalno ažurirati kako bi se izbjeglo gubljenje podataka.

Treća razina, najbrže

I na kraju dođemo do one na vrhu, predmemorije. Riječ je o vrlo maloj memoriji koja je instalirana unutar vlastitog mikroprocesora i tipa SRAM (statički RAM). Proizvodnja je puno skuplja od uobičajene RAM-a i može pohraniti podatke bez stalnog ažuriranja.

Činjenica da se instalira unutar CPU-a čini ga najbližim procesorskim jezgrama, i to mora biti prokletstvo brzo. Zapravo postiže brzinu veću od 200 GB / s i latencije od oko 10 ili 11 ns (nanosekunde). Predmemorijska memorija zadužena je za spremanje uputa koje će trenutačno obraditi CPU, kako bi im što brže mogao pristupiti.

Zauzvrat, cache memorija je podijeljena na nekoliko razina, svaka brža, manja i bliža procesoru. Procesori trenutno imaju ukupno tri razine predmemorijske memorije u sebi. Prije nego što uđemo u to, pogledajmo kako brzo funkcionira predmemorija.

Kako funkcionira predmemoriranje

Možda to ne znate, ali praktički sve periferne jedinice i elementi računala imaju vlastitu memoriju keš memorije, na primjer, sami hard diskovi, pisač i naravno GPU grafičke kartice. A i funkcija svih njih, uključujući i CPU, bit će ista.

Kao što znamo, računalo je "pametno" zahvaljujući operativnom sustavu i njegovim programima. Svaki od ovih programa kreiran je iz programskog jezika, što zauzvrat predstavlja skup uputstava koje se u CPU-u moraju pravilno izvršiti. Kažemo na uredan način jer upravo u tom trenutku uspostavljanje različitih razina skladištenja ima smisla.

Podaci se pohranjuju na fiksni način na tvrdom disku, ali budući da su tako spori i "toliko su udaljeni" od CPU-a, oni se prethodno učitavaju u RAM memoriji, mnogo bržoj pohrani i koriste se samo za programe koji su u radu.

Memorijski kontroler ulazi u igru

Ali to još uvijek nije dovoljno, jer današnji CPU-ovi su tako brzi i sposobni izvršavati milijune operacija svake sekunde na svakoj jezgri, ulazi u predmemoriju. Unutar CPU-a nalazi se memorijski kontroler, koji je u osnovi ono što se ranije nazivalo sjeverni most ili sjeverni most i bio je čip instaliran na matičnoj ploči. Pa, ovaj memorijski kontroler sada je unutar CPU-a i zadužen je za upute koje se izvršavaju iz RAM memorije, kao i vraćanje rezultata ciklusa obrade.

No postoje i dvije vrste autobusa koji su zaduženi za komunikaciju CPU-a s RAM memorijom, oni se nazivaju magistrala podataka i adresna magistrala:

• Sabirnica podataka: oni su u osnovi staze kojima kruže podaci i upute. Postojat će magistrala podataka koja međusobno komunicira RAM, predmemoriju i jezgre. Sabirnica adresa: to je neovisni kanal na kojem CPU zahtijeva memorijsku adresu na kojoj se nalaze podaci. Upute se spremaju u memorijske ćelije koje imaju adresu, a RAM, cache i CPU moraju ga znati kako bi pronašli sporne podatke.

L1, L2 i L3 predmemorija

Do sada već otprilike razumijemo kako pohrana radi na PC-u i kako funkcionira keširanje. Ali moramo znati da unutar CPU-a postoji predmemorija L1, L2 i L3, čini se nevjerojatno da nešto tako malo odgovara toliko dobro? Za ove tri razine predmemorijske memorije zadovoljava hijerarhiju brzine i, naravno, kapaciteta.

L1 keš memorija

L1 predmemorija je najbrža konfiguracija, ona najbliža jezgrama. Tu se pohranjuju podaci koje će CPU odmah koristiti, i zato su brzine oko 1150 GB / s, a latencija je samo 0, 9 ns.

Veličina ove memorije za predmemoriju iznosi oko 256 KB, premda će ovisno o snazi ​​(i trošku) CPU-a biti manje ili više, u stvari, procesori radne stanice poput Intel Core i9-7980 XE imaju neke 1152 KB ukupno.

Ova L1 predmemorija podijeljena je u dvije vrste, L1 predmemorija i L1 predmemorija, prva je odgovorna za pohranu podataka koji se obrađuju, a druga pohranjuje podatke o operaciji koja se izvodi (zbrajanje, oduzimanje, množenje, itd).

Uz to, svaka jezgra ima svoje L1 predmemorije, tako da ako imamo 6-jezgreni procesor, imat ćemo 6 L1 cachea podijeljenih u L1 D i L1 I. U Intelovim procesorima svaki ima 32 KB, a AMD-ovi procesori su također 32 KB ili 64 KB na L1 I. Naravno da će varirati ovisno o kvaliteti i snazi, kao i uvijek.

L2 keš memorija

Sljedeći ćemo pronaći predmemorija L2 ili nivo 2. Ovo ima veći kapacitet pohrane, iako će biti malo sporiji, oko 470 GB / s i 2, 8 ns zakašnjenja. Veličina pohrane obično varira između 256 KB i 18 MB. Već vidimo da su oni znatni kapaciteti za brzine kojima upravljamo.

Upute i podaci pohranjeni su u njoj i uskoro će ih koristiti CPU, a u ovom slučaju nisu podijeljeni na Upute i podatke. Ali mi imamo L2 predmemoriju za svaku jezgru, barem je to slučaj s najrelevantnijim procesorima. Za svaku jezgru obično postoji 256, 512 ili do 1024 KB.

L3 keš memorija

Napokon ćemo pronaći L3 predmemoriju, koja ima procesor na čipu. Bit će najveći i ujedno najsporiji, govorimo o više od 200 GB / s i 11 ns latencije.

Trenutno vrijedan procesor ima najmanje 4 MB L3 keš memorije, a vide se pogoni do 64 MB. L3 se obično raspoređuje na oko 2 MB po jezgri, ali recimo da nije unutar svake jezgre, pa postoji sabirnica podataka koja komunicira s njima. Solventnost i brzina CPU-a uvelike ovise o ovoj sabirnici i samoj RAM memoriji, a to je mjesto gdje Intel dobiva svoju snagu od AMD-a.

Kako znati predmemorije L1, L2 i L3 mog procesora

Pa, jedan od najbržih načina za saznanje tih podataka je preuzimanje alata CPU-Z, koji je potpuno besplatan i pružit će vam vrlo potpune informacije o vašem CPU-u. Čak i tri razine i količinu prostora za pohranu za svaku. Možete ga preuzeti s njegove službene web stranice.

Možete staviti i model i model u preglednik i krenuti se na stranicu proizvođača, iako oni obično pružaju samo podatke o L3 predmemoriji. Naravno, u svom pregledu procesora dajemo cjelovite informacije o predmemoriji svakog CPU-a i uspoređujemo njegove performanse.

Latencija, širina sabirnice i nedostatak predmemorije

Razumjeli smo da podaci prolaze s tvrdog diska u jezgru za obradu kroz sve razine memorije. Tamo gdje procesor prvo traži sljedeću upute za obradu, u memoriji predmemorije, sustav kvalitete trebao bi znati kako pravilno locirati podatke na temelju njihove važnosti kako bi se smanjilo vrijeme pristupa njima, što se naziva kašnjenje, Latencija je tada potrebno vrijeme za pristup podacima iz memorije. Što dalje i sporije, veće kašnjenje i duže CPU morat će pričekati na svoju sljedeću uputu. Prema tome, kada se upute ne nalaze u predmemorijskoj memoriji, procesor ga mora tražiti izravno u RAM memoriji, to se naziva nedostatak predmemorije ili nedostaje predmemorije, to se događa kada je sporije računalo.

Širina sabirnice također je od velike važnosti za brzinu jer označava sposobnost prijenosa većih blokova podataka iz memorije u CPU. I CPU i RAM su 64 bita, ali funkcija Dual Channel može udvostručiti ovaj kapacitet na 128 bita, tako da prijenos između tih elemenata ima veći kapacitet.

Zaključak o L1, L2 i L3 cache memoriji

Uvijek gledamo puno na broj jezgara i brzinu procesora, jasno je da to u velikoj mjeri određuje njegovu ukupnu brzinu. Ali element koji se ponekad obično ne uzima u obzir je predmemorijska memorija, a to je bitno kad je u pitanju snažan procesor.

Na primjer, imati 6-jezgreni CPU s 4 ili 16 MB L3 predmemorije, bit će vrlo značajan kada je u pitanju mjerenje njegovih performansi, pogotovo kada imamo više otvorenih programa. Dakle, od sada dobro pogledajte ovaj odjeljak kada odlučite kupiti procesor, jer ne ovisi sve o frekvenciji.

Imamo još zanimljivih vodiča o ovoj temi, pa ih ovdje ostavljamo:

Također preporučujemo naše ažurirane hardverske vodiče:

Nadamo se da su vam sve ove informacije bile korisne da biste saznali više o procesorima i cache memoriji. Ako imate pitanja, možete nas pitati u polju za komentare. Vidimo se u sljedećem udžbeniku!