Mikä on l1, l2 ja l3-välimuisti ja miten se toimii?

Oletko koskaan kuullut välimuistista L1, L2 ja L3 ? Varmasti kyllä, mutta jos et ole varma, mitä nämä välimuistitasot todella tarkoittavat, yritämme tässä artikkelissa selittää kaiken parhaamme mukaan. Tästä eteenpäin ymmärrät paremmin prosessorin muistin ominaisuudet.

Tiedät jo, että yksi tietokoneen tärkeimmistä komponenteista on sen muisti, puhumme tietysti RAM-muistista, johon kaikki ohjelmat ja käyttöjärjestelmä ladataan niin, että prosessori käyttää niitä tai joudutko käyttämään levyä kova.

RAM on paljon nopeampi kuin kiintolevy, etenkin kuin mekaaniset asemat. Mutta tietokoneessamme on edelleen nopeampi muisti, erityisesti prosessorissamme, ja tämä on välimuisti, mitä näemme tänään.

Sisällysluettelo

Mikä on CPU: n välimuisti

Ensimmäinen asia, joka meidän on tiedettävä, mikä on välimuisti yleensä. Kuten jo totesimme, tietokoneessa on monentyyppisiä muistia ja juuri välimuisti on nopein kaikista.

Varastointitasot

Aluksi ensimmäisessä vaiheessa meillä on ensisijainen tallennustila, joka epäilemättä on kiintolevy. Niissä kaikki tiedot tallennetaan pysyvästi, josta käyttöjärjestelmä tekee toiminnallisen tietokoneen. Se on hitain muisti, noin 150 Mt / s kiintolevyltä (mekaaninen kiintolevy) markkinoiden nopeimpien SSD-levyjen vaikuttaviin 3 500 Mt / s.

Toiseksi meillä on satunnaismuisti tai RAM. Se on pienempi solid-state-muisti, joka ei pysty säilyttämään tietoja pysyvästi ja toimii yhdyskäytävänä kiintolevyn ja suorittimen välillä. Se tarjoaa nopeuden, joka on yli 30 000 Mt / s DDR4: ssä. Muistia kutsutaan myös DRAMiksi (dynaaminen RAM), koska sitä on päivitettävä jatkuvasti tiedon menettämisen välttämiseksi.

Kolmas taso, nopein

Ja lopulta tulemme yläosaan, välimuistiin. Se on hyvin pieni muisti, joka on asennettu oman mikroprosessorin sisään ja tyyppiä SRAM (Static RAM). Se on paljon kalliimpaa valmistaa kuin normaali RAM, ja se voi pitää tietoja päivittämättä jatkuvasti.

Asennus CPU: n sisään tekee siitä lähinnä prosessorisydämiä, ja siksi sen on oltava pirun nopeasti. Itse asiassa se saavuttaa yli 200 Gt / s nopeudet ja viiveet noin 10 tai 11 ns (nanosekuntia). Välimuistin tehtävänä on tallentaa ohjeet, jotka CPU prosessoi välittömästi, jotta se voi käyttää niitä mahdollisimman nopeasti.

Välimuisti puolestaan on jaettu useisiin tasoihin, joista jokainen on nopeampi, pienempi ja lähempänä prosessoria. Prosessoreissa on tällä hetkellä yhteensä kolme välimuistitasoa. Ennen kuin aloitamme tämän, katsotaanpa nopeasti kuinka välimuisti toimii.

Kuinka välimuisti toimii?

Et ehkä tiedä sitä, mutta käytännöllisesti katsoen kaikilla tietokoneen oheislaitteilla ja elementeillä on oma välimuisti, esimerkiksi itse kiintolevyt, tulostin ja tietysti näytönohjainten GPU. Ja kaikkien niiden, myös suorittimen, toiminta on sama.

Kuten tiedämme, tietokone on "älykäs" käyttöjärjestelmän ja sen ohjelmien ansiosta. Jokainen näistä ohjelmista on luotu ohjelmointikielellä, joka puolestaan ​​on joukko ohjeita, jotka on suoritettava säännöllisesti CPU: lla. Sanomme asianmukaisesti, koska juuri tässä vaiheessa on syytä perustaa varastoinnin eri tasoja.

Tiedot tallennetaan kiinteästi kiintolevyihin, mutta koska ne ovat niin hitaita ja "kaukana" CPU: sta, ne ladataan ennen RAM-muistiin, paljon nopeampaan tallennukseen, ja niitä käytetään vain ohjelmille, jotka ovat toiminnassa.

Muistin ohjain tulee peliin

Mutta se ei silti riitä, koska nykypäivän suorittimet ovat niin nopeita ja kykeneviä suorittamaan miljoonia operaatioita sekunnissa jokaisessa ytimessä, välimuisti syötetään. CPU: n sisällä on muistiohjain, jota periaatteessa kutsuttiin aiemmin pohjasiltaan tai pohjasiltaan ja joka oli emolevylle asennettu siru. No, tämä muistiohjain on nyt CPU: n sisällä ja vastaa tehtävien suorittamisesta RAM-muistista ja myös käsittelyjakson tulosten palauttamisesta.

Mutta on myös kahden tyyppisiä väyliä , jotka vastaavat CPU: n kommunikoinnista RAM-muistin kanssa, niitä kutsutaan dataväyläksi ja osoiteväyläksi:

• Dataväylä: Ne ovat periaatteessa raitoja, joilla tiedot ja ohjeet liikkuvat. Tulee tietoväylä, joka viestii RAM: n, välimuistin ja ytimet keskenään. Osoiteväylä: se on itsenäinen kanava, jolla CPU pyytää muistin osoitetta, jossa tiedot sijaitsevat. Ohjeet tallennetaan muistisoluihin, joilla on osoite, ja sekä RAM: n, välimuistin että CPU: n on tiedettävä se löytääkseen kyseiset tiedot.

L1, L2 ja L3-välimuisti

Tähän mennessä ymmärrämme jo melko karkeasti, kuinka tallennus toimii PC: llä ja kuinka välimuisti toimii. Mutta meidän on tiedettävä, että prosessorin sisällä on välimuisti L1, L2 ja L3, vaikuttaa uskomatolta, että jotain niin pientä sopii niin paljon oikealle? Nämä välimuistin kolme tasoa vastaavat nopeushierarkiaa ja tietysti kapasiteettia.

L1-välimuisti

L1-välimuisti on nopein kokoonpano, lähin ytimille. Tämä tallentaa tiedot, jotka CPU käyttää heti, ja siksi nopeudet ovat noin 1150 GB / s ja latenssi on vain 0, 9 ns.

Tämän välimuistin koko on yhteensä noin 256 kt, vaikka prosessorin virrasta (ja kustannuksista) riippuen se on vähemmän tai enemmän, itse asiassa työaseman prosessoreilla, kuten Intel Core i9-7980 XE, on joitain Yhteensä 1152 kt.

Tämä L1-välimuisti on jaettu kahteen tyyppiin, L1-datavälimuisti ja L1-käskyvälimuisti, ensimmäinen vastaa prosessoitavan datan tallentamisesta ja toinen tallentaa suoritettavan operaation tiedot (summaus, vähennys, kertolasku, jne).

Lisäksi jokaisella ytimellä on omat L1-välimuistinsa, joten jos meillä on 6-ytinen prosessori, meillä on 6 L1-välimuistia, jotka on jaettu L1 D: ksi ja L1 I: ään . Intel-prosessoreissa jokainen on 32 kt ja AMD-prosessorit ovat myös 32 tai 64 kt L1 I: llä. Tietenkin ne vaihtelevat laadun ja tehon mukaan, kuten aina.

L2-välimuisti

Seuraava löydämme L2- tai 2-tason välimuisti. Tällä on enemmän tallennuskapasiteettia, vaikka se tulee olemaan hiukan hitaampi, noin 470 Gt / s ja 2, 8 ns viive. Tallennuskoko vaihtelee yleensä välillä 256–18 Mt. Näemme jo, että ne ovat huomattavia kapasiteettia käsittelemillemme nopeuksille.

Ohjeet ja tiedot tallennetaan siihen, ja CPU käyttää niitä pian, ja tässä tapauksessa sitä ei ole jaettu ohjeisiin ja tietoihin. Mutta meillä on L2-välimuisti jokaiselle ytimelle, ainakin näin on asiaan liittyvissä prosessoreissa. Jokaisessa ytimessä on yleensä 256, 512 tai enintään 1024 kt.

L3-välimuisti

Viimeinkin löydämme L3-välimuistin, jolla on siihen varattu tila prosessorisirulla. Se on suurin ja myös hitain, puhumme yli 200 Gt / s ja 11 ns viiveestä.

Tällä hetkellä arvokkaalla prosessorilla on vähintään 4 Mt L3-välimuistia, ja jopa 64 Mt: n asemat voidaan nähdä. L3 on tyypillisesti jakautunut noin 2 Mt / ydin, mutta sanotaan vain, että se ei ole kunkin ytimen sisällä, joten niiden kanssa on tiedonsiirtoväylä. Prosessorin vakavaraisuus ja nopeus riippuvat suurelta osin tästä väylästä ja itse RAM-muistista, ja tässä Intel saa virransa AMD: ltä.

Kuinka tietää prosessorin välimuisti L1, L2 ja L3

No, yksi nopeimmista tavoista tietää nämä tiedot on ladata CPU-Z-työkalu, joka on täysin ilmainen ja tarjoaa sinulle erittäin täydelliset tiedot prosessoristasi. Jopa kolme tasoa ja kunkin tallennustila. Voit ladata sen viralliselta verkkosivustoltaan.

Voit myös laittaa merkin ja mallin selaimeen ja siirtyä valmistajan sivulle, vaikka ne yleensä tarjoavat vain tietoja L3-välimuistista. Tietysti kaikissa suorittimien tarkasteluissa annamme täydelliset tiedot kunkin suorittimen välimuistista ja vertaa sen suorituskykyä.

Viive, väylän leveys ja välimuistin puute

Olemme ymmärtäneet, että data virtaa kiintolevyltä prosessointiydimeen kaikkien muistitasojen läpi. Kun prosessori ensin etsii seuraavaa käsiteltävää käskyä, on välimuistissa, laatujärjestelmän tulisi tietää, kuinka paikantaa tiedot oikein sen tärkeyden perusteella, jotta niiden käyttöajat, joita kutsutaan latenssiksi, minimoitaisiin.

Viive on sitten aika, joka kuluu tietojen saamiseen muistista. Mitä kauempana ja hitaampana, pidempi viive ja pidempi prosessori on odotettava seuraavaa käskyään. Joten kun käskyä ei ole välimuistissa, prosessorin on etsittävä sitä suoraan RAM-muistista. Tätä kutsutaan välimuistin puuttumiseksi tai missche-välimuistiksi, eli silloin, kun hidas PC on kokenut.

Väylänleveydellä on myös suuri merkitys nopeudelle, koska se merkitsee kykyä siirtää suurempia datalohkoja muistista CPU: lle. Sekä CPU että RAM ovat 64 bittiä, mutta kaksikanavainen toiminto pystyy kaksinkertaistamaan tämän kapasiteetin 128 bittiin niin, että siirto näiden elementtien välillä on suurempi.

Johtopäätös L1-, L2- ja L3-välimuistista

Katsomme aina paljon ytimien lukumäärää ja suorittimen nopeutta, on selvää, että se määrää suurelta osin sen kokonaisnopeuden. Mutta välimuisti on osa elementtiä, jota joskus ei yleensä oteta huomioon, ja se on välttämätöntä, kun tarvitaan tehokasta prosessoria.

Kuuden ytimen CPU: lla, jossa on esimerkiksi 4 tai 16 Mt L3-välimuistia, on erittäin suuri merkitys sen suorituskyvyn mittaamisessa, varsinkin kun meillä on useita avoimia ohjelmia. Joten tästä eteenpäin katso tätä osaa, kun päätät ostaa prosessorin, koska kaikki ei riipu taajuudesta.

Meillä on mielenkiintoisempia opetusohjelmia tästä aiheesta, joten tässä jätämme ne:

Suosittelemme myös päivitettyjä laitteisto-oppaitamme:

Toivomme, että kaikki nämä tiedot ovat olleet sinulle hyödyllisiä tietää enemmän prosessoreista ja välimuistista. Jos sinulla on kysyttävää, voit kysyä meiltä kommenttiruutuun. Nähdään seuraavassa opetusohjelmassa!