Hvordan fungerer CPU -cache? Hva er L1, L2 og L3 Cache?

Hvordan fungerer CPU -cache? Hva er L1, L2 og L3 Cache?

Dataprosessorer har utviklet seg ganske mye de siste årene. Transistorer blir mindre for hvert år, og fremskritt treffer et punkt der Moores lov blir overflødig.





Når det gjelder prosessorer, er det ikke bare transistorer og frekvenser som teller, men også hurtigbufferen.





Du har kanskje hørt om hurtigminne når CPUer (sentrale prosessorenheter) diskuteres. Vi tar imidlertid ikke nok hensyn til disse CPU -hurtigbufferminnetallene, og de er heller ikke det viktigste høydepunktet i CPU -annonser.



Så, hvor viktig er CPU -cachen, og hvordan fungerer den?

Hva er CPU Cache Memory?

Enkelt sagt, en CPU -minnebuffer er bare en veldig rask type minne. I de første dagene med databehandling var prosessorhastigheten og minnehastigheten lav. Imidlertid begynte prosessorhastighetene å øke raskt på 1980 -tallet. Systemminnet den gang (RAM) kunne ikke takle eller matche de økende CPU-hastighetene, og derfor ble en ny type ultra-hurtig minne født: CPU-cache-minne.



Nå har datamaskinen flere typer minne inne i den.

Det er primær lagring, som en harddisk eller SSD, som lagrer hoveddelen av dataene - operativsystemet og programmene.





Neste gang har vi Random Access Memory, vanligvis kjent som RAM . Dette er mye raskere enn primærlagringen, men er bare et kortsiktig lagringsmedium. Datamaskinen og programmene på den bruker RAM for å lagre data som du ofte får tilgang til, og hjelper deg med å holde handlingene på datamaskinen fin og rask.

Til slutt har CPU -en enda raskere minneenheter i seg selv, kjent som CPU -minnebufferen.





Dataminne har et hierarki basert på driftshastigheten. CPU -cachen står øverst i dette hierarkiet og er den raskeste. Det er også det nærmeste der den sentrale behandlingen skjer, og er en del av selve CPU -en.

Dataminne finnes også i forskjellige typer.

Cacheminne er en form for statisk RAM (SRAM), mens ditt vanlige system -RAM er kjent som Dynamic RAM (DRAM). Statisk RAM kan lagre data uten å måtte oppdateres konstant, i motsetning til DRAM, noe som gjør SRAM ideell for hurtigminne.

Hvordan fungerer CPU -cache?

Programmer og apper på datamaskinen din er utformet som et sett med instruksjoner som CPUen tolker og kjører. Når du kjører et program, kommer instruksjonene fra primærlageret (harddisken) til CPUen. Det er her minnehierarkiet spiller inn.

Dataene blir først lastet opp i RAM og deretter sendt til CPU. CPUer i disse dager er i stand til å utføre et gigantisk antall instruksjoner per sekund. For å utnytte kraften fullt ut, trenger CPU-en tilgang til superrask minne, det er der CPU-bufferen kommer inn.

Minnekontrolleren tar dataene fra RAM og sender dem til CPU -bufferen. Avhengig av CPU -en din, finnes kontrolleren på CPU -en, eller Northbridge -brikkesettet på hovedkortet.

Minnebufferen utfører deretter frem og tilbake av data i CPU -en. Minnehierarki finnes også i CPU -bufferen.

I slekt: Hva er en CPU og hva gjør den?

Nivåene i CPU -hurtigminnet: L1, L2 og L3

CPU Cache -minne er delt inn i tre nivåer: L1, L2 og L3. Minnehierarkiet er igjen i henhold til hastigheten og dermed størrelsen på hurtigbufferen.

Så, gjør CPU -bufferstørrelsen en forskjell for ytelsen?

L1 Cache

L1 (nivå 1) cache er det raskeste minnet som finnes i et datasystem. Når det gjelder prioritet for tilgang, har L1 -hurtigbufferen dataene CPU -en mest sannsynlig vil trenge mens du fullfører en bestemt oppgave.

Størrelsen på L1 -hurtigbufferen avhenger av CPU -en. Noen topp-forbruker-CPUer har nå en 1 MB L1-cache, som Intel i9-9980XE, men disse koster enorme penger og er fremdeles få og langt mellom. Noen serverbrikkesett, som Intels Xeon-serie, har også en 1-2 MB L1-minnebuffer.

Det er ingen 'standard' L1 -bufferstørrelse, så du må sjekke CPU -spesifikasjonene for å finne den eksakte L1 -minnebufferstørrelsen før du kjøper.

L1 -cachen er vanligvis delt inn i to seksjoner: instruksjonsbufferen og datacachen. Instruksjonsbufferen omhandler informasjonen om operasjonen som CPU -en må utføre, mens databufferen inneholder dataene som operasjonen skal utføres på.

L2 Cache

L2 (nivå 2) hurtigbuffer er tregere enn L1 -hurtigbufferen, men større i størrelse. Hvor en L1 -cache kan måle i kilobyte, måler moderne L2 -minnebuffere i megabyte. For eksempel har AMDs høyt vurderte Ryzen 5 5600X en 384KB L1 -cache og en 3MB L2 -cache (pluss en 32MB L3 -cache).

L2 -hurtigbufferstørrelsen varierer avhengig av CPU, men størrelsen er vanligvis mellom 256KB og 8MB. De fleste moderne CPUer vil pakke mer enn en 256KB L2 -cache, og denne størrelsen anses nå som liten. Noen av de kraftigste moderne CPU -ene har dessuten en større L2 -minnebuffer, som overstiger 8 MB.

oppgavebehandling har blitt deaktivert av administratoren din Windows 10

Når det gjelder hastighet, henger L2 -cachen bak L1 -cachen, men er fortsatt mye raskere enn system -RAM -en. L1 -minnebufferen er vanligvis 100 ganger raskere enn RAM -en, mens L2 -bufferen er rundt 25 ganger raskere.

L3 Cache

På L3 (nivå 3) -bufferen. I de første dagene ble L3 -minnebufferen faktisk funnet på hovedkortet. Dette var veldig lenge siden, da de fleste CPUer bare var enkeltkjernede prosessorer. Nå kan L3-hurtigbufferen i CPU-en din være massiv, med topp-forbruker-CPUer med L3-hurtigbuffere på opptil 32 MB. Noen server CPU L3 -hurtigbuffere kan overstige dette, med opptil 64 MB.

L3 -cachen er den største, men også den tregeste cache -minneenheten. Moderne CPUer inkluderer L3 -hurtigbufferen på selve CPU -en. Men mens L1 og L2 -cachen eksisterer for hver kjerne på selve brikken, er L3 -cachen mer beslektet med et generelt minnepulje som hele brikken kan gjøre bruk av.

Følgende bilde viser CPU-minnebuffernivåene for en Intel Core i5-3570K CPU:

Legg merke til hvordan L1 -cachen er delt i to, mens L2 og L3 er henholdsvis større.

Hvor mye CPU -cache -minne trenger jeg?

Det er et godt spørsmål. Mer er bedre, som du kanskje forventer. De siste CPUene vil naturlig nok inneholde mer CPU -cache -minne enn eldre generasjoner, med potensielt raskere cache -minne også. En ting du kan gjøre er å lære hvordan sammenligne CPUer effektivt . Det er mye informasjon der ute, og å lære å sammenligne og kontrastere forskjellige CPUer kan hjelpe deg med å ta den riktige kjøpsbeslutningen.

Hvordan flytter data mellom CPU -minnebuffer?

Det store spørsmålet: hvordan fungerer CPU -cache -minne?

I sine mest grunnleggende termer flyter dataene fra RAM til L3 -hurtigbufferen, deretter L2 og til slutt L1. Når prosessoren leter etter data for å utføre en operasjon, prøver den først å finne dem i L1 -hurtigbufferen. Hvis CPU -en finner den, kalles tilstanden en cache -hit. Den fortsetter deretter å finne den i L2 og deretter L3.

Hvis CPU ikke finner dataene i noen av minnebufferne, prøver den å få tilgang til dem fra systemminnet (RAM). Når det skjer, er det kjent som en cache -miss.

Som vi vet, er hurtigbufferen designet for å fremskynde frem og tilbake av informasjon mellom hovedminnet og CPU. Tiden som trengs for å få tilgang til data fra minnet kalles 'latens'.

L1 cache -minne har den laveste latensen, den er den raskeste og nærmest kjernen, og L3 har den høyeste. Minnet cachet latens øker når det er en hurtigbuffer, da CPU -en må hente dataene fra systemminnet.

Latens fortsetter å avta etter hvert som datamaskiner blir raskere og mer effektive. Lav latency DDR4 RAM og superrask SSD-er reduserer ventetid, noe som gjør hele systemet raskere enn noensinne. I det er hastigheten på systemminnet også viktig.

Fremtiden for CPU -lagerminne

Cache -minnedesign utvikler seg alltid, spesielt ettersom minnet blir billigere, raskere og tettere. For eksempel er en av AMDs nyeste innovasjoner Smart Access Memory og Infinity Cache, som begge øker datamaskinens ytelse.

Dele Dele kvitring E -post AMD vs. Intel: Hva er den beste spillprosessoren?

Hvis du bygger en spill -PC og er revet mellom AMD- og Intel -prosessorer, er det på tide å lære hvilken prosessor som er best for spillriggen din.

Les neste
Relaterte temaer
  • Teknologi forklart
  • Dataminne
  • prosessor
  • Datamaskin deler
Om forfatteren Gavin Phillips(945 artikler publisert)

Gavin er Junior Editor for Windows and Technology Explained, en fast bidragsyter til den virkelig nyttige podcasten, og en vanlig produktanmelder. Han har en BA (Hons) Contemporary Writing with Digital Art Practices plyndret fra åsene i Devon, i tillegg til over et tiår med profesjonell skriveerfaring. Han liker store mengder te, brettspill og fotball.

Mer fra Gavin Phillips

Abonner på vårt nyhetsbrev

Bli med i vårt nyhetsbrev for tekniske tips, anmeldelser, gratis ebøker og eksklusive tilbud!

Klikk her for å abonnere