Kuinka CPU -välimuisti toimii? Mitä ovat L1-, L2- ja L3 -välimuisti?

Kuinka CPU -välimuisti toimii? Mitä ovat L1-, L2- ja L3 -välimuisti?

Tietokoneprosessorit ovat kehittyneet melko paljon viime vuosina. Transistorit pienenevät vuosi vuodelta, ja edistysaskeleet saavuttavat pisteen, jossa Mooren laki on tulossa tarpeettomaksi.





Prosessoreissa ei lasketa pelkästään transistoreita ja taajuuksia vaan myös välimuisti.





Olet ehkä kuullut välimuistista, kun keskustellaan keskusyksiköistä (Central Processing Units). Emme kuitenkaan kiinnitä tarpeeksi huomiota näihin suorittimen välimuistin numeroihin emmekä ole CPU -mainosten ensisijainen kohokohta.





Joten kuinka tärkeä prosessorin välimuisti on ja miten se toimii?

Mikä on suorittimen välimuisti?

Yksinkertaisesti sanottuna CPU -muistin välimuisti on vain todella nopea muistityyppi. Tietojenkäsittelyn alkuaikoina prosessorin nopeus ja muistin nopeus olivat alhaiset. Kuitenkin 1980 -luvulla prosessorin nopeudet alkoivat kasvaa - nopeasti. Tuolloinen järjestelmämuisti (RAM) ei pystynyt selviytymään tai vastaamaan kasvavia suorittimen nopeuksia, joten syntyi uudenlainen erittäin nopea muisti: suorittimen välimuisti.



Tietokoneessasi on nyt useita muistityyppejä.

On ensisijainen tallennustila, kuten kiintolevy tai SSD, joka tallentaa suurimman osan tiedoista - käyttöjärjestelmän ja ohjelmat.





Seuraavaksi meillä on hajamuisti, tunnetaan yleisesti nimellä RAM . Tämä on paljon nopeampi kuin ensisijainen tallennus, mutta se on vain lyhytaikainen tallennusväline. Tietokoneesi ja sen ohjelmat käyttävät RAM -muistia usein käytettävien tietojen tallentamiseen, mikä auttaa pitämään tietokoneesi toiminnot mukavina ja nopeina.

Lopuksi suorittimessa on vielä nopeampia muistiyksiköitä, joita kutsutaan CPU -muistivälimuistiksi.





Tietokoneen muistilla on hierarkia sen nopeuden perusteella. Suorittimen välimuisti on tämän hierarkian yläosassa nopein. Se on myös lähinnä keskusprosessointikohtaa, koska se on osa itse prosessoria.

Tietokoneen muistia on myös erilaisia.

Välimuisti on eräänlainen staattinen RAM (SRAM), kun taas tavallinen järjestelmän RAM tunnetaan nimellä Dynamic RAM (DRAM). Staattinen RAM -muisti voi sisältää tietoja ilman päivittämistä jatkuvasti, toisin kuin DRAM, mikä tekee SRAM -muistista ihanteellisen välimuistiin.

Kuinka CPU -välimuisti toimii?

Tietokoneesi ohjelmat ja sovellukset on suunniteltu ohjeiksi, jotka suoritin tulkitsee ja suorittaa. Kun suoritat ohjelmaa, ohjeet siirtyvät ensisijaiselta tallennustilalta (kiintolevyltä) suorittimelle. Tässä muistihierarkia tulee esille.

Tiedot ladataan ensin RAM -muistiin ja lähetetään sitten suorittimelle. Nykyään suorittimet pystyvät suorittamaan valtavan määrän käskyjä sekunnissa. Voidakseen hyödyntää tehonsa täysimääräisesti CPU tarvitsee pääsyn supernopeaan muistiin, johon CPU-välimuisti tulee.

Muistiohjain ottaa tiedot RAM -muistista ja lähettää ne suorittimen välimuistiin. Suorittimesta riippuen ohjain löytyy suorittimesta tai emolevystäsi löytyvästä Northbridge -piirisarjasta.

Muistivälimuisti suorittaa sitten edestakaisin tietoja CPU: ssa. Muistihierarkia on myös CPU -välimuistissa.

Aiheeseen liittyviä: Mikä on CPU ja mitä se tekee?

Suorittimen välimuistin tasot: L1, L2 ja L3

Suorittimen välimuisti on jaettu kolmeen 'tasoon': L1, L2 ja L3. Muistihierarkia on jälleen välimuistin nopeuden ja siten koon mukainen.

Onko CPU: n välimuistin koolla vaikutusta suorituskykyyn?

L1 Välimuisti

L1 (Taso 1) -välimuisti on nopein tietokonejärjestelmässä oleva muisti. Pääsyn ensisijaisuuden kannalta L1 -välimuistissa on tietoja, joita suoritin todennäköisesti tarvitsee tietyn tehtävän suorittamisen aikana.

L1 -välimuistin koko riippuu suorittimesta. Joissakin huippuluokan kuluttajaprosesseissa on nyt 1 Mt: n L1-välimuisti, kuten Intel i9-9980XE, mutta nämä maksavat valtavan määrän rahaa ja ovat edelleen harvassa. Joissakin palvelimen piirisarjoissa, kuten Intelin Xeon-sarjassa, on myös 1-2 Mt: n L1-muistivälimuisti.

L1 -välimuistin vakiokokoa ei ole, joten sinun on tarkistettava suorittimen tiedot määrittääksesi L1 -muistin tarkka koko ennen ostamista.

L1 -välimuisti on yleensä jaettu kahteen osaan: käskyvälimuisti ja tietovälimuisti. Käskyvälimuisti käsittelee tietoja toiminnosta, jonka suorittimen on suoritettava, kun taas tietovälimuisti sisältää tiedot, joista toiminto on suoritettava.

L2 Välimuisti

L2 (taso 2) -välimuisti on hitaampi kuin L1 -välimuisti, mutta kooltaan suurempi. Jos L1 -välimuisti voi mitata kilotavuina, nykyaikaiset L2 -välimuistit mittaavat megatavuina. Esimerkiksi AMD: n arvostetussa Ryzen 5 5600X: ssä on 384 kt L1 -välimuisti ja 3 Mt L2 -välimuisti (plus 32 Mt L3 -välimuisti).

L2 -välimuistin koko vaihtelee suorittimen mukaan, mutta sen koko on tyypillisesti 256–8 Mt. Useimmat nykyaikaiset suorittimet sisältävät enemmän kuin 256 kt L2 -välimuistin, ja tätä kokoa pidetään nyt pienenä. Lisäksi joillakin tehokkaimmista nykyaikaisista suorittimista on suurempi L2 -välimuisti, joka ylittää 8 Mt.

kuinka liittää xbox -ohjain Mac -tietokoneeseen

Nopeuden osalta L2 -välimuisti on L1 -välimuistin jäljessä, mutta on silti paljon nopeampi kuin järjestelmän RAM. L1 -välimuisti on tyypillisesti 100 kertaa nopeampi kuin RAM -muistisi, kun taas L2 -välimuisti on noin 25 kertaa nopeampi.

L3 Välimuisti

Siirry L3 (taso 3) -välimuistiin. Alkuaikoina L3 -muistivälimuisti löytyi itse emolevystä. Tämä oli hyvin kauan sitten, silloin, kun useimmat suorittimet olivat vain yhden ytimen suorittimia. Nyt suorittimesi L3-välimuisti voi olla valtava, ja huippuluokan kuluttajaprosessoreissa on jopa 32 Mt: n L3-välimuistit. Jotkin palvelimen suorittimen L3 -välimuistit voivat ylittää tämän, jopa 64 Mt.

L3 -välimuisti on suurin mutta myös hitain välimuistiyksikkö. Nykyaikaisissa suorittimissa on itse suorittimen L3 -välimuisti. Mutta vaikka L1- ja L2 -välimuisti ovat olemassa sirun jokaiselle ytimelle, L3 -välimuisti muistuttaa enemmän yleistä muistialuetta, jota koko siru voi hyödyntää.

Seuraava kuva näyttää Intel Core i5-3570K -suorittimen suorittimen muistin välimuistitasot:

Huomaa, kuinka L1 -välimuisti on jaettu kahteen osaan, kun taas L2 ja L3 ovat suurempia.

Kuinka paljon suorittimen välimuistia tarvitsen?

Se on hyvä kysymys. Enemmän on parempi, kuten voit odottaa. Uusimmat suorittimet sisältävät luonnollisesti enemmän suorittimen välimuistia kuin vanhemmat sukupolvet, ja mahdollisesti myös nopeampi välimuisti. Yksi asia, jonka voit tehdä, on oppia kuinka vertailla suorittimia tehokkaasti . Siellä on paljon tietoa, ja eri prosessorien vertailun ja vastakkainasettelun avulla voit tehdä oikean ostopäätöksen.

Miten data liikkuu suorittimen muistivälimuistien välillä?

Suuri kysymys: miten suorittimen välimuisti toimii?

Yksinkertaisimmillaan data virtaa RAM -muistista L3 -välimuistiin, sitten L2: een ja lopulta L1: een. Kun prosessori etsii tietoja suorittaakseen toiminnon, se yrittää ensin löytää sen L1 -välimuistista. Jos suoritin löytää sen, ehtoa kutsutaan välimuistin osumaksi. Sitten se löytää sen L2: sta ja sitten L3: sta.

Jos suoritin ei löydä tietoja muistin välimuistista, se yrittää käyttää sitä järjestelmämuistista (RAM). Kun näin tapahtuu, se tunnetaan välimuistin menetyksenä.

Kuten tiedämme, välimuisti on suunniteltu nopeuttamaan edestakaisin päämuistin ja suorittimen välistä tietoa. Tietojen käyttämiseen muistista kuluvaa aikaa kutsutaan latenssiksi.

L1 -välimuistin viive on pienin, sillä se on nopein ja lähimpänä ydintä, ja L3: lla on korkein. Muistin välimuistin viive kasvaa, kun välimuisti puuttuu, koska suorittimen on haettava tiedot järjestelmämuistista.

Viive laskee edelleen, kun tietokoneista tulee nopeampia ja tehokkaampia. Pieni latenssi DDR4 RAM ja supernopeat SSD-asemat vähentävät viiveitä, mikä tekee koko järjestelmästä nopeamman kuin koskaan. Siinä tapauksessa myös järjestelmän muistin nopeus on tärkeää.

Suorittimen välimuistin tulevaisuus

Välimuistisuunnittelu kehittyy jatkuvasti, varsinkin kun muisti tulee halvemmaksi, nopeammaksi ja tiheämmäksi. Esimerkiksi yksi AMD: n viimeisimmistä innovaatioista on Smart Access Memory ja Infinity Cache, jotka molemmat parantavat tietokoneen suorituskykyä.

Jaa Jaa Tweet Sähköposti AMD vs. Intel: Mikä on paras pelisuoritin?

Jos rakennat pelitietokonetta ja olet AMD- ja Intel -suorittimien välissä, on aika oppia, mikä suoritin sopii parhaiten pelilaitteellesi.

Lue seuraava
Liittyvät aiheet
  • Tekniikka selitetty
  • Tietokoneen muisti
  • prosessori
  • Tietokoneen osat
Kirjailijasta Gavin Phillips(945 artikkelia julkaistu)

Gavin on Windows- ja Technology Explainedin Junior Editor, säännöllisesti Really Useful Podcastin toimittaja ja säännöllinen tuotearvioija. Hänellä on BA (Hons) Contemporary Writing ja digitaaliset taidekäytännöt, jotka on ryöstetty Devonin kukkuloilta, sekä yli vuosikymmenen ammattikirjallinen kokemus. Hän nauttii runsaasti teetä, lautapelejä ja jalkapalloa.

Lisää Gavin Phillipsiltä

tilaa uutiskirjeemme

Liity uutiskirjeeseemme saadaksesi teknisiä vinkkejä, arvosteluja, ilmaisia ​​e -kirjoja ja ainutlaatuisia tarjouksia!

Klikkaa tästä tilataksesi