Как работает кэш процессора компьютера
Оглавление
В 1980-х годах скорость микропроцессора экспоненциально увеличилась по сравнению со временем доступа к памяти. Быстро стало очевидно, что нужно что-то сделать, чтобы повысить скорость доступа к памяти и повысить эффективность всей системы. Эти несоответствия между скоростью обработки и скоростью памяти привели к развитию кеша. Как работает кэш процессора компьютера? Об этом далее
Что такое кеш
Изобретение кеша было одним из самых критических событий в истории компьютера наука. Но что такое сам кеш? Как работает кэш процессора компьютера?
На базовом уровне кеш — это быстрый тип памяти. Он содержит небольшой пул памяти, содержащий инструкции, которые, скорее всего, понадобятся компьютеру при выполнении определенной задачи.
Компьютер загружает эту информацию в кеш, используя сложные алгоритмы и знания программного кода. Цель использования системы кэширования на компьютере — убедиться, что ЦП имеет беспрепятственный доступ к нужным ему данным в том порядке, в котором он нуждается.
Чтобы увидеть, как это работает, вам нужно знать, что компьютеры есть три типа памяти. Во-первых, это основная память, найденная на жестком диске или SSD. Это самый большой репозиторий памяти в машине.
Затем имеется ОЗУ или оперативное запоминающее устройство, которое быстрее, но меньше, чем основное устройство памяти. Наконец, в самом ЦПУ есть блоки памяти, известные как кеш. Кеш является самым быстрым из всех типов памяти.
Когда программа запускается, эта программа начинает выполнять серию инструкций, найденных в коде программы. Эта информация сначала загружается в ОЗУ, а затем перемещается в ЦП. Чтобы наилучшим образом использовать данные для выполнения инструкций, CPU требуется высокоскоростная память. Вот где кэш реально нужен.
Уровни кэша
Внутри процессора есть три разных уровня кэша: L1, L2 и L3. Некоторые компании даже работают над кэшем L4.
Кэш L1 — самый быстрый и самый маленький из трех. Он содержит данные, которые ЦПУ, скорее всего, потребуется для выполнения операций. L1 обычно занимает около 256 КБ, хотя некоторые увеличивают его до 1 МБ.
Этот небольшой кэш имеет двойное назначение: кэш инструкций и кэш данных. Кэш команд имеет дело с операциями, которые ЦП должен выполнять, а кэш данных содержит информацию, по которой должен выполняться процесс.
Далее, есть кэш L2. L2 медленнее и содержит больше информации, чем L1. Он содержит от 256 КБ до 8 МБ данных, к которым компьютеру, скорее всего, потребуется следующий доступ.
Наконец, мы видим кэш L3. Это самый большой и самый медленный кэш, который идет в диапазоне от 4 МБ до 50 МБ.
Как работает кэш процессора
Когда программа запускается на вашем компьютере, данные передаются из ОЗУ в кэш L3, затем в L2 и, наконец, в L1. Во время работы программы ЦП ищет информацию, необходимую для запуска, начиная с кэша L1 и оттуда работая в обратном направлении.
Если процессор находит необходимую информацию, это называется попаданием в кэш. Если он не может найти нужную ему информацию, он пропускает кэш, и компьютер вынужден искать в другом месте информацию, которая ему нужна.
Задержка является важным фактором эффективность компьютера. Задержка — это время, необходимое для извлечения части информации. Кэш L1 является самым быстрым, и поэтому он имеет самую низкую задержку.
При возникновении ошибки в кеше задержка увеличивается, так как компьютер должен продолжать поиск в разных кешах для поиска необходимой информации.
Более новые компьютеры имеют гораздо меньший размер транзистора ЦП, что позволило собрать плату с большим количеством плат. Место для размещения кеша прямо на там. Физическое размещение кеша ближе к процессору уменьшает задержку.
Хотя кеш не то, на что часто обращают ваше внимание продавцы компьютеров, его стоит проверить. У более быстрых кэшей будет меньше задержка, благодаря чему ваши программы будут работать быстрее и эффективнее.
