DAAD.org.ua
Зміст
Будь-який комп'ютер працює як обчислювальна машина, в яку вводять вихідні дані і від якої вимагають виведення результатів певних обчислень. Для зберігання вихідних і вихідних даних використовуються жорсткі диски (HDD) і/або твердотільні накопичувачі (SSD), Оперативна пам'ять (ОЗУ / RAM) і кеш процесора (CPU Cache).
Читайте також: Принцип роботи сучасного комп'ютерного процесора
Вплив кешу на обробку даних
Незважаючи на те, що ОЗУ передає інформацію з накопичувачів процесору, і навпаки, порівняно швидко навіть дуже продуктивна ОЗУ не зможе забезпечити таку швидкість передачі даних, щоб CPU не простоював. Для того щоб дозволити мінімізувати час, коли CPU очікує запитану інформацію, в сам пристрій процесора була додана надшвидка або надоперативна пам'ять, звана кешем. Про його пристрої, призначення і вплив піде мова в цій статті.
Пристрій кешу процесора
Кеш складається з двох частин: контролер і пам'ять. З пам'яттю все просто: там зберігається інформація, необхідна для обчислень, і результати обробки інформації. Контролер виконує функцію обробника запитів і пошукача запитаних даних в пам'яті кеша для твору обчислень або ж передачі/прийому вихідних і вхідних даних оперативної пам'яті.
Пам'ять кешу процесора ділиться на кілька рівнів: від L1 до L3. У деяких моделях був L4, хоча від четвертого рівня, який використовувався в таких CPU, як Core i7-5775C і Core i5-5675C, вирішили відмовитися через високу роздрібну вартість.
- L1 &8212; кеш-пам'ять першого рівня, володіє мінімальним обсягом, що не перевищує декількох сотень кілобайт, і найбільшою швидкістю, що дозволяє видавати інформацію відразу після запиту. У кожного ядра присутня своя схема L1. Інформація зберігається в кеші першого рівня, є необхідною або найчастіше запитуваної для обчислень процесора.
- L2 &8212; кеш-пам'ять другого рівня, дещо більше за обсягом, може досягати пару мегабайт, при цьому вже не така швидка. У ній тимчасово зберігаються важливі дані, які користуються меншим пріоритетом при обчисленнях. Як і у випадку з L1, кожне ядро має свою окрему схему пам'яті L2.
- L3 &8212; кеш-пам'ять третього рівня, найбільша за обсягом, досягає десятка, і навіть трохи більше, мегабайт, але притому найповільніша. Містить дані, ймовірність запиту яких відносно мала, при цьому третій рівень є загальним для всіх ядер, що покращує взаємодію між ними.
Загальний принцип роботи кеша такий: процесор дає запит контролеру дістати з пам'яті якісь дані. Контролер, слідуючи складним алгоритмам, послідовно звертається до рівнів, тобто від L1 до L3, в пошуках потрібної інформації. Алгоритми контролера повинні фактично передбачати, яка інформація буде потрібно процесору для подальших обчислень. Якщо даних немає на L1, то йде пошук по L2, а потім по L3, при цьому створюється відповідна затримка, при якій CPU очікує необхідну інформацію. Тільки коли запитуваних даних немає в пам'яті кешу, відбувається запит до RAM, і CPU дійсно простоює, спілкування між рівнями кешу не перевищує більше десятка наносекунд, навіть в разі пошуку інформації на останньому рівні L3.
У загальному вигляді схему роботи пам'яті кеша і його контролера по відношенню до процесора і оперативної пам'яті можна зобразити так:
Як бачите, між CPU і RAM стоїть кеш, представлений контролером і осередками пам'яті за рівнями. Отримання інформації з будь-якої комірки набагато швидше ,ніж&171; довгий шлях & 187; до оперативної пам'яті.
Читайте також: пристрій сучасного процесора комп'ютера
Вплив кешу
Строго кажучи, процесор не потребує кешу. Однак при цьому користувачі стикалися з тривалим часом очікування, поки RAM передасть потрібні дані CPU, і так для кожного сегмента будь-якої операції. Кожен період очікування починався від пари секунд, закінчуючись кількома хвилинами. Так що кеш процесора впливає в першу чергу на комфорт користувача під час роботи з комп'ютером, сильно зменшуючи час очікування.
Узагальнюючи вищесказане, виходить, що кеш впливає на продуктивність процесора, позбавляючи його потреби кожен раз робити запит оперативної пам'яті на одні і ті ж дані, зберігаючи їх у CPU &171;під боком&187;. В такому випадку CPU більше не потребує постійного оновлення інформації для однотипних обчислень, і робить їх максимально швидко. При цьому процесор стає умовно незалежним від частоти ОЗУ, так як що різниця між 1066 МГц і 2400 МГц буде не в 2,25 рази, а в межах 5% для передачі інформації між CPU і RAM.
Як дізнатися, який обсяг кеша у процесора
У разі якщо ви хочете придбати процесор, найкраще буде переглянути значення обсягу рівнів кеша на офіційному сайті виробника:
- Приклад відображення технічних характеристик на сайті AMD.
- Приклад відображення технічних характеристик на сайті Intel.
Перейдіть на офіційний веб-сайт AMD
Перейдіть на офіційний веб-сайт Intel
Якщо ви хочете дізнатися, який обсяг кеша у вашого процесора, слід скористатися системним монітором &171; Диспетчер завдань & 187; &8212; потрібні значення вказані на вкладці &171;продуктивність&187; .
Висновок
Слід підсумувати, що кеш процесора першорядно впливає на його продуктивність і загальний комфорт користувача при роботі з ПК, не змушуючи користувача тривалий час просто просиджувати за комп'ютером, чекаючи поки компоненти системи передадуть один одному необхідну інформацію для обчислень. При цьому кеш позбавив користувачів гострої потреби в підборі і використанні найшвидших і з тим дорогих HDD або SSD укупі з високочастотної оперативною пам'яттю для мінімізації і без того великих простоїв. Так що чим більше і сегментированнее кеш (AMD свого часу зробила загальний L1 для своєї нової лінійки процесорів, і ті вийшли дуже малопродуктивними), тим швидше працює CPU, що зручніше для користувача, і навпаки.
