Egy kis összehasonlítás az L3 gyorsítótárról játékokban és alkalmazásokban. Mi az a gyorsítótár, miért van rá szükség és hogyan működik Milyen oldalmennyiséget használ a processzor?

Melyik a legpiszkosabb hely a számítógépen? Szerinted ez egy kosár? Felhasználói mappák? Hűtőrendszer? Rosszul tippelted! A legpiszkosabb hely a gyorsítótár! Hiszen folyamatosan takarítani kell!

Valójában egy számítógépen nagyon sok gyorsítótár található, és nem hulladéklerakóként szolgálnak, hanem a berendezések és alkalmazások gyorsítójaként. Honnan szerezték a „rendszerszemét-csúszda” hírnevét? Nézzük meg időről időre, mi az a gyorsítótár, mi az, hogyan működik és miért.

A cache memória fogalma és típusai

Az alkalmazások (webböngészők, audio- és videolejátszók, adatbázis-szerkesztők stb.), operációs rendszer-összetevők (bélyegkép-gyorsítótár, DNS-gyorsítótár) és hardver (CPU-gyorsítótár L1-L3, grafikus keretpuffer) saját gyorsítótárral rendelkeznek. chip, tárolópufferek) . Különféle módon valósítják meg – szoftveresen és hardveresen.

• A program gyorsítótár egyszerűen egy különálló mappa vagy fájl, amelybe például a meglátogatott webhelyek képei, menüi, szkriptjei, multimédiás tartalmai és egyéb tartalmai betöltődnek. Ebbe a mappába merül először a böngésző, amikor újra megnyit egy weboldalt. A tartalom egy részének lapozása a helyi tárhelyről felgyorsítja a betöltést és a .

• A tárolóeszközökben (különösen a merevlemezeken) a gyorsítótár egy különálló, 1-256 Mb kapacitású RAM chip, amely az elektronikai kártyán található. A mágneses rétegből kiolvasott és a RAM-ba még be nem töltött információkat, valamint az operációs rendszer által leggyakrabban kért adatokat kap.

• Egy modern központi processzor 2-3 fő gyorsítótár-memóriát (más néven ultra-random access memóriát) tartalmaz, amelyek hardvermodulok formájában ugyanazon a chipen helyezkednek el. A leggyorsabb és legkisebb méretű (32-64 Kb) az 1-es gyorsítótárszint (L1) - ugyanazon a frekvencián működik, mint a processzor. Az L2 átlagos helyet foglal el sebesség és kapacitás tekintetében (128 Kb és 12 Mb között). Az L3 pedig a leglassabb és legterjedelmesebb (legfeljebb 40 Mb), és egyes modelleken hiányzik. Az L3 sebessége csak a gyorsabb testvérekhez képest alacsony, de több százszor gyorsabb, mint a legproduktívabb RAM.

A processzor flash memóriája a RAM-ból és gépi kód utasításaiból pumpált, folyamatosan használt adatok tárolására szolgál. Minél több, annál gyorsabb a processzor.

Manapság a gyorsítótárazás három szintje már nem jelenti a határt. A Sandy Bridge architektúra megjelenésével az Intel egy további (a visszafejtett mikroutasítások tárolására szolgáló) gyorsítótárat vezetett be termékeiben. A legnagyobb teljesítményű CPU-k pedig negyedik szintű gyorsítótárral is rendelkeznek, külön chip formájában.

Sematikusan az L0-L3 gyorsítótár-szintek interakciója így néz ki (az Intel Xeon példájával):

Emberi nyelven arról, hogyan működik az egész

Azokat a papírokat, amelyekre ritkábban van szüksége, a közelben, a polcokon tárolják ( RAM-ban). Ahhoz, hogy megszerezze őket, fel kell állnia és néhány métert gyalogolnia. És amivel egy személy jelenleg nem dolgozik, az archiválva van ( merevlemezre rögzítve).

Minél szélesebb az asztal, annál több dokumentum fér el rajta, ami azt jelenti, hogy a munkavállaló gyorsan több információhoz juthat ( Minél nagyobb a gyorsítótár kapacitása, elméletileg annál gyorsabban működik a program vagy az eszköz.).

Néha hibázik – olyan papírokat tart az asztalán, amelyek téves információkat tartalmaznak, és ezeket felhasználja munkája során. Ennek eredményeként romlik a munkája minősége ( A gyorsítótár hibák program- és hardverhibákhoz vezetnek). A helyzet javítása érdekében a munkavállalónak ki kell dobnia a hibás dokumentumokat, és a megfelelőket a helyükre kell tennie ( gyorsítótár törlése).

Az asztal korlátozott területű ( A gyorsítótár kapacitása korlátozott). Néha bővíthető, például egy második tábla mozgatásával, néha pedig nem (a gyorsítótár mérete növelhető, ha a program ilyen lehetőséget biztosít; a hardveres gyorsítótár nem módosítható, mivel hardverben van megvalósítva) .

Egy másik módja annak, hogy felgyorsítsuk a hozzáférést több dokumentumhoz, mint amennyit az asztal el tud fogadni, ha egy asszisztenst kérünk, aki kiszolgálja a dolgozói papírokat a polcról (az operációs rendszer a fel nem használt RAM egy részét lefoglalhatja az eszközadatok gyorsítótárazására). De még mindig lassabb, mint levenni őket az asztalról.

A rendelkezésre álló dokumentumoknak kapcsolódniuk kell az aktuális feladatokhoz. Ezt a munkavállalónak magának kell figyelemmel kísérnie. Rendszeresen rendet kell tenni (a gyorsítótárból a lényegtelen adatok eltávolítása az azt használó alkalmazások vállára esik; egyes programoknak van automatikus cache-törlő funkciója).

Ha egy alkalmazott elfelejti a munkahelyi rendet és a dokumentációt naprakészen tartani, készíthet magának egy asztali takarítási ütemtervet, és azt emlékeztetőül használhatja. Legvégső esetben ezt bízza egy asszisztensre (ha egy gyorsítótár-memóriától függő alkalmazás lassabb lett, vagy gyakran irreleváns adatokat tölt le, használjon gyorsítótár-tisztító eszközöket ütemezetten, vagy végezze el ezt a manipulációt néhány naponta manuálisan).

Valójában mindenhol találkozunk „gyorsítótár funkcióval”. Ebbe beletartozik a későbbi felhasználásra szánt élelmiszerek vásárlása, és különféle műveletek, amelyeket csak futólag, egy időben hajtunk végre, stb. Lényegében ez minden, ami megkímél minket a fölösleges nyüzsgéstől és a felesleges mozgásoktól, egyszerűsíti életünket és megkönnyíti a munkánkat. A számítógép is ezt teszi. Röviden, ha nem lenne gyorsítótár, akkor százszor és ezerszer lassabban működne. És valószínűleg nem tetszene nekünk.

A processzor teljesítményét növelő egyik fontos tényező a gyorsítótár jelenléte, vagy inkább annak mennyisége, hozzáférési sebessége és szintek közötti eloszlása.

Már jó ideje szinte minden processzort felszerelnek ilyen típusú memóriával, ami ismét bizonyítja jelenlétének hasznosságát. Ebben a cikkben a cache memória szerkezetéről, szintjeiről és gyakorlati céljáról fogunk beszélni, ami nagyon fontos. processzor jellemzői.

Mi a gyorsítótár és felépítése

A gyorsítótár egy ultragyors memória, amelyet a processzor a leggyakrabban használt adatok ideiglenes tárolására használ. Így jellemezhetjük röviden ezt a memóriatípust.

A cache memória flip-flopokra épül, amelyek viszont tranzisztorokból állnak. A tranzisztorok egy csoportja sokkal több helyet foglal el, mint ugyanazok a kondenzátorok, amelyek a RAM. Ez számos gyártási nehézséggel, valamint mennyiségi korlátozásokkal jár. Ezért a gyorsítótár nagyon drága memória, miközben elhanyagolható mennyiséggel rendelkezik. De ebből a struktúrából származik az ilyen memória fő előnye - a sebesség. Mivel a flip-flopok nem igényelnek regenerálást, és annak a kapunak a késleltetési ideje, amelyre össze vannak szerelve, kicsi, a flip-flop egyik állapotból a másikba való átkapcsolásának ideje nagyon gyorsan megtörténik. Ez lehetővé teszi, hogy a cache memória ugyanazon a frekvencián működjön, mint a modern processzorok.

Szintén fontos tényező a cache memória elhelyezése. Magán a processzor chipen található, ami jelentősen csökkenti a hozzáférési időt. Korábban bizonyos szintű gyorsítótár a processzorchipen kívül, egy speciális SRAM chipen volt valahol az alaplapon. Mostanra szinte minden processzornak van cache memóriája a processzorchipen.

Mire használják a processzor gyorsítótárát?

Mint fentebb említettük, a cache memória fő célja a processzor által gyakran használt adatok tárolása. A gyorsítótár egy puffer, amelybe az adatok betöltődnek, és kis mérete ellenére (kb. 4-16 MB) modern processzorok, jelentős teljesítménynövekedést ad bármilyen alkalmazásban.

A gyorsítótár-memória szükségességének jobb megértése érdekében képzeljük el, hogy egy számítógép memóriáját úgy szervezzük, mint egy irodát. A RAM egy szekrény lesz mappákkal, amelyekhez a könyvelő időnként hozzáfér, hogy nagy adattömböket (vagyis mappákat) tudjon lekérni. A táblázat pedig gyorsítótár lesz.

Vannak olyan elemek, amelyeket a könyvelő asztalára helyeznek, amire egy óra leforgása alatt többször hivatkozik. Ezek lehetnek például telefonszámok, dokumentumok példái. Az ilyen típusú információk közvetlenül az asztalon találhatók, ami viszont növeli a hozzáférés sebességét.

Ugyanígy azokból a nagy adatblokkokból (mappákból) adatokat lehet hozzáadni a táblázathoz a gyors felhasználás érdekében, például egy dokumentumhoz. Ha erre a dokumentumra már nincs szükség, visszahelyezi a szekrénybe (a RAM-ba), ezáltal törli a táblát (cache memória), és felszabadítja a táblázatot az új dokumentumok számára, amelyeket a következő időszakban használnak majd fel.

A cache-memóriával is, ha vannak olyan adatok, amelyekhez a legvalószínűbb, hogy újra el lehet érni, akkor ezek az adatok a RAM-ból betöltődnek a gyorsítótárba. Ez nagyon gyakran úgy történik, hogy a legvalószínűbb, hogy az aktuális adatok után együtt töltik be azokat az adatokat. Vagyis vannak feltételezések arról, hogy mit fognak használni „utána”. Ezek az összetett működési elvek.

Processzor gyorsítótár szintjei

A modern processzorok gyorsítótárral vannak felszerelve, amely gyakran 2 vagy 3 szintből áll. Természetesen vannak kivételek, de ez gyakran így van.

Általában a következő szintek létezhetnek: L1 (első szint), L2 (második szint), L3 (harmadik szint). Most egy kicsit részletesebben mindegyikről:

Első szintű gyorsítótár (L1)– a leggyorsabb cache memória szint, amely közvetlenül a processzormaggal működik, ennek a szoros interakciónak köszönhetően ez a szint rendelkezik a legrövidebb hozzáférési idővel és a processzorhoz közeli frekvencián működik. Ez egy puffer a processzor és a második szintű gyorsítótár között.

Megfontoljuk a nagy teljesítményű Intel Core i7-3770K processzor mennyiségét. Ez a processzor 4 x 32 KB L1 gyorsítótárral van felszerelve, 4 x 32 KB = 128 KB. (32 KB magonként)

Második szintű gyorsítótár (L2)– a második szint nagyobb léptékű, mint az első, de ennek következtében alacsonyabb „sebességjellemzőkkel” rendelkezik. Ennek megfelelően pufferként szolgál az L1 és L3 szintek között. Ha újra megnézzük a Core i7-3770 K példánkat, akkor az L2 cache memória mérete 4x256 KB = 1 MB.

3. szintű gyorsítótár (L3)– a harmadik szint ismét lassabb, mint az előző kettő. De még mindig sokkal gyorsabb, mint a RAM. Az i7-3770K L3 gyorsítótárának mérete 8 MB. Ha az előző két szintet minden mag megosztja, akkor ez a szint az egész processzorra közös. A mutató meglehetősen szilárd, de nem túlzó. Mivel például az Extreme sorozatú processzoroknál, mint az i7-3960X, ez 15 MB, néhány új Xeon processzornál pedig több mint 20.

Nem a készpénzről van szó, hanem arról gyorsítótár-processzor memória és így tovább. A kötetből gyorsítótár-A memóriakereskedők újabb kereskedelmi fétiseket csináltak, főleg a központi processzorok és merevlemezek gyorsítótárával (a videokártyákon is van - de még nem jutottak el). Tehát van egy XXX processzor 1 MB L2 gyorsítótárral, és pontosan ugyanaz az XYZ processzor 2 MB gyorsítótárral. Találd ki, melyik a jobb? Ó, ne tedd azonnal!

Gyorsítótár A -memory egy olyan puffer, amely azt tárolja, amit lehet és/vagy kell félretenni későbbre. A processzor dolgozik, és előfordulnak olyan helyzetek, amikor valahol köztes adatokat kell tárolni. Hát persze a gyorsítótárban! - elvégre nagyságrendekkel gyorsabb, mint a RAM, mert... magában a processzor die-ben van, és általában ugyanazon a frekvencián fut. Aztán egy idő után visszahalászja ezeket az adatokat, és újra feldolgozza. Nagyjából olyan ez, mint egy futószalagon futó burgonyaválogató, aki minden alkalommal, amikor nem krumplival (sárgarépával) találkozik, bedobja egy dobozba. És amikor tele van, feláll és kiveszi övé a szomszéd szobába. Ebben a pillanatban a szállítószalag áll, és leállás figyelhető meg. A doboz térfogata az gyorsítótár ebben a hasonlatban. ÉS Mennyi övé 1 MB vagy 12 MB kell? Egyértelmű, hogy ha övé a térfogat kicsi, túl sok időt kell töltenie az eltávolítással, és egyszerű lesz, de egy bizonyos mennyiségtől övé a további emelés semmit sem ér. Nos, a válogatónak lesz egy doboza 1000 kg sárgarépa számára – de nem lesz annyi a teljes műszakban, és ettől nem lesz KÉTSZER GYORSABB! Van még egy finomság - nagy gyorsítótár egyrészt a hozzáférési késések növekedését okozhatja, másrészt megnő a benne lévő hibák valószínűsége, például túlhajtáskor - másodsorban. (arról, hogy ebben az esetben hogyan lehet meghatározni a processzor stabilitását/instabilitását, és megtudni, hogy a hiba konkrétan övé gyorsítótár, L1 és L2 teszt - itt olvashatja.) Harmadszor - gyorsítótár felemészti a megfelelő mennyiségű chip területet és a processzoráramkör tranzisztor költségvetését. Ugyanez vonatkozik gyorsítótár merevlemez memória. Ha pedig a processzorarchitektúra erős, akkor sok alkalmazásban 1024 KB-os vagy nagyobb gyorsítótárral fog rendelkezni. Ha gyors HDD-vel rendelkezik, 16 MB vagy akár 32 MB megfelelő. De a 64 MB gyorsítótár nem fogja megtenni övé gyorsabb, ha a zöld változatnak (Green WD) nevezett berendezésről van szó, amelynek sebessége 5900 a szükséges 7200 helyett, még akkor is, ha az utóbbi 8 MB-os. Aztán az Intel és az AMD processzorok ezt máshogy használják gyorsítótár(Általánosságban elmondható, hogy az AMD hatékonyabb, és processzoraik gyakran kényelmesek az alacsonyabb értékekkel). Ezen kívül az Intel gyorsítótáráltalános, de az AMD esetében ez minden mag számára személyes. A leggyorsabb gyorsítótár Az L1 AMD processzorokhoz 64 KB adat és utasítás, ami kétszer annyi, mint az Intel esetében. Gyorsítótár A harmadik szintű L3 általában olyan csúcsprocesszorokban van jelen, mint pl AMD Phenom II 1055T X6 AM3 aljzat 2,8 GHz vagy egy versenytárs Intel Core i7-980X. Először is, a játékok szeretik a nagy gyorsítótárakat. ÉS gyorsítótár Sok professzionális alkalmazás NEM szereti (lásd: Számítógép a rendereléshez, videószerkesztéshez és professzionális alkalmazásokhoz). Pontosabban, akik a legigényesebbek, azok általában közömbösek iránta. De amit semmiképpen nem szabad megtenned, az az, hogy a gyorsítótár mérete alapján válassz processzort. A régi Pentium 4 legújabb megjelenési formáiban is 2 MB gyorsítótárral rendelkezett jóval 3 GHz feletti működési frekvencián - hasonlítsa össze övé teljesítmény egy olcsó kétmagos Celeron E1***-el, amely körülbelül 2 GHz-es frekvencián működik. Követ nem hagy az öregről. Relevánsabb példa a nagyfrekvenciás kétmagos E8600, ami közel 200 dollárba kerül (nyilván a 6 MB gyorsítótár miatt), valamint az Athlon II X4-620 2,6 GHz, amiben mindössze 2 MB van. Ez nem akadályozza meg Athlone-t abban, hogy lemészárolja versenytársát.

Amint a grafikonokból látható, nincs gyorsítótár nem helyettesíti a további magokat. A 2 MB gyorsítótárral (piros) rendelkező Athlon könnyedén felülmúlja a 6 MB gyorsítótárral rendelkező Cor2Duo-t, még alacsonyabb frekvencián és majdnem fele áron is. Sokan ezt is elfelejtik gyorsítótár jelen van a videokártyákban, mert általában véve processzorral is rendelkeznek. Friss példa a GTX460 videokártya, ahol nem csak a buszt és a memóriakapacitást sikerül lecsökkenteni (amit a vevő kitalál) - hanem CACHEárnyékolók, illetve 512 Kb-ról 384 Kb-ra (amit a vevő NEM fog kitalálni). Ez pedig negatívan járul hozzá a termelékenységhez. Érdekes lesz megtudni a teljesítmény gyorsítótár méretétől való függését is. Vizsgáljuk meg, milyen gyorsan növekszik a gyorsítótár méretének növekedésével ugyanazon processzor példáján. Mint ismeretes, az E6***, E4*** és E2*** sorozat processzorai csak a gyorsítótár méretében (4, 2 és 1 MB) különböznek egymástól. Ugyanazon a 2400 MHz-es frekvencián működve a következő eredményeket mutatják.

Amint láthatja, az eredmények nem különböznek egymástól. Többet is mondok - ha egy 6 MB kapacitású processzor került volna bele, akkor az eredmény egy kicsit tovább nőtt volna, mert processzorok elérik a telítettséget. De az 512 Kb-os modelleknél a csökkenés észrevehető lenne. Vagyis 2MB még játékokhoz is elég. Összefoglalva a következő következtetést vonhatjuk le: gyorsítótár akkor jó, ha MÁR sok minden más. Naiv és hülyeség a merevlemez sebességét vagy a processzormagok számát a gyorsítótár méretére cserélni azonos költséggel, mert még a legterjedelmesebb válogatódoboz sem helyettesíti a másik válogatót.De van erre jó példa is.. Például a Pentium Dual-Core a 65 nm-es folyamat korai verziójában 1 MB gyorsítótárral rendelkezett két maghoz (E2160 sorozat és hasonlók), az E5200 sorozat későbbi 45 nm-es változata pedig még mindig 2 MB-ot, minden más tényező változatlansága mellett ( és ami a legfontosabb - ÁR). Természetesen az utóbbit érdemes választani.

A processzor teljesítményét növelő egyik fontos tényező a gyorsítótár jelenléte, vagy inkább annak mennyisége, hozzáférési sebessége és szintek közötti eloszlása.

Már jó ideje szinte minden processzort felszerelnek ilyen típusú memóriával, ami ismét bizonyítja jelenlétének hasznosságát. Ebben a cikkben a cache memória szerkezetéről, szintjeiről és gyakorlati céljáról fogunk beszélni, ami nagyon fontos. processzor jellemzői.

Mi a gyorsítótár és felépítése

A gyorsítótár egy ultragyors memória, amelyet a processzor a leggyakrabban használt adatok ideiglenes tárolására használ. Így jellemezhetjük röviden ezt a memóriatípust.

A cache memória flip-flopokra épül, amelyek viszont tranzisztorokból állnak. A tranzisztorok egy csoportja sokkal több helyet foglal el, mint ugyanazok a kondenzátorok, amelyek a RAM. Ez számos gyártási nehézséggel, valamint mennyiségi korlátozásokkal jár. Ezért a gyorsítótár nagyon drága memória, miközben elhanyagolható mennyiséggel rendelkezik. De ebből a struktúrából származik az ilyen memória fő előnye - a sebesség. Mivel a flip-flopok nem igényelnek regenerálást, és annak a kapunak a késleltetési ideje, amelyre össze vannak szerelve, kicsi, a flip-flop egyik állapotból a másikba való átkapcsolásának ideje nagyon gyorsan megtörténik. Ez lehetővé teszi, hogy a cache memória ugyanazon a frekvencián működjön, mint a modern processzorok.

Szintén fontos tényező a cache memória elhelyezése. Magán a processzor chipen található, ami jelentősen csökkenti a hozzáférési időt. Korábban bizonyos szintű gyorsítótár a processzorchipen kívül, egy speciális SRAM chipen volt valahol az alaplapon. Mostanra szinte minden processzornak van cache memóriája a processzorchipen.

Mire használják a processzor gyorsítótárát?

Mint fentebb említettük, a cache memória fő célja a processzor által gyakran használt adatok tárolása. A gyorsítótár egy puffer, amelybe az adatok betöltődnek, és kis mérete ellenére (kb. 4-16 MB) modern processzorok, jelentős teljesítménynövekedést ad bármilyen alkalmazásban.

A gyorsítótár-memória szükségességének jobb megértése érdekében képzeljük el, hogy egy számítógép memóriáját úgy szervezzük, mint egy irodát. A RAM egy szekrény lesz mappákkal, amelyekhez a könyvelő időnként hozzáfér, hogy nagy adattömböket (vagyis mappákat) tudjon lekérni. A táblázat pedig gyorsítótár lesz.

Vannak olyan elemek, amelyeket a könyvelő asztalára helyeznek, amire egy óra leforgása alatt többször hivatkozik. Ezek lehetnek például telefonszámok, dokumentumok példái. Az ilyen típusú információk közvetlenül az asztalon találhatók, ami viszont növeli a hozzáférés sebességét.

Ugyanígy azokból a nagy adatblokkokból (mappákból) adatokat lehet hozzáadni a táblázathoz a gyors felhasználás érdekében, például egy dokumentumhoz. Ha erre a dokumentumra már nincs szükség, visszahelyezi a szekrénybe (a RAM-ba), ezáltal törli a táblát (cache memória), és felszabadítja a táblázatot az új dokumentumok számára, amelyeket a következő időszakban használnak majd fel.

A cache-memóriával is, ha vannak olyan adatok, amelyekhez a legvalószínűbb, hogy újra el lehet érni, akkor ezek az adatok a RAM-ból betöltődnek a gyorsítótárba. Ez nagyon gyakran úgy történik, hogy a legvalószínűbb, hogy az aktuális adatok után együtt töltik be azokat az adatokat. Vagyis vannak feltételezések arról, hogy mit fognak használni „utána”. Ezek az összetett működési elvek.

Processzor gyorsítótár szintjei

A modern processzorok gyorsítótárral vannak felszerelve, amely gyakran 2 vagy 3 szintből áll. Természetesen vannak kivételek, de ez gyakran így van.

Általában a következő szintek létezhetnek: L1 (első szint), L2 (második szint), L3 (harmadik szint). Most egy kicsit részletesebben mindegyikről:

Első szintű gyorsítótár (L1)– a leggyorsabb cache memória szint, amely közvetlenül a processzormaggal működik, ennek a szoros interakciónak köszönhetően ez a szint rendelkezik a legrövidebb hozzáférési idővel és a processzorhoz közeli frekvencián működik. Ez egy puffer a processzor és a második szintű gyorsítótár között.

Megfontoljuk a nagy teljesítményű Intel Core i7-3770K processzor mennyiségét. Ez a processzor 4 x 32 KB L1 gyorsítótárral van felszerelve, 4 x 32 KB = 128 KB. (32 KB magonként)

Második szintű gyorsítótár (L2)– a második szint nagyobb léptékű, mint az első, de ennek következtében alacsonyabb „sebességjellemzőkkel” rendelkezik. Ennek megfelelően pufferként szolgál az L1 és L3 szintek között. Ha újra megnézzük a Core i7-3770 K példánkat, akkor az L2 cache memória mérete 4x256 KB = 1 MB.

3. szintű gyorsítótár (L3)– a harmadik szint ismét lassabb, mint az előző kettő. De még mindig sokkal gyorsabb, mint a RAM. Az i7-3770K L3 gyorsítótárának mérete 8 MB. Ha az előző két szintet minden mag megosztja, akkor ez a szint az egész processzorra közös. A mutató meglehetősen szilárd, de nem túlzó. Mivel például az Extreme sorozatú processzoroknál, mint az i7-3960X, ez 15 MB, néhány új Xeon processzornál pedig több mint 20.

A processzor teljesítményét növelő egyik fontos tényező a gyorsítótár jelenléte, vagy inkább annak mennyisége, hozzáférési sebessége és szintek közötti eloszlása.

Már jó ideje szinte minden processzort felszerelnek ilyen típusú memóriával, ami ismét bizonyítja jelenlétének hasznosságát. Ebben a cikkben a cache memória felépítéséről, szintjeiről és gyakorlati céljáról fogunk beszélni, mint a processzor nagyon fontos jellemzőiről.

Mi a gyorsítótár és felépítése

A gyorsítótár egy ultragyors memória, amelyet a processzor a leggyakrabban használt adatok ideiglenes tárolására használ. Így jellemezhetjük röviden ezt a memóriatípust.

A cache memória flip-flopokra épül, amelyek viszont tranzisztorokból állnak. A tranzisztorok egy csoportja sokkal több helyet foglal el, mint ugyanazok a kondenzátorok, amelyek a RAM-ot alkotják. Ez számos gyártási nehézséggel, valamint mennyiségi korlátozásokkal jár. Ezért a gyorsítótár nagyon drága memória, miközben elhanyagolható mennyiséggel rendelkezik. De ebből a struktúrából származik az ilyen memória fő előnye - a sebesség. Mivel a flip-flopok nem igényelnek regenerálást, és annak a kapunak a késleltetési ideje, amelyre össze vannak szerelve, kicsi, a flip-flop egyik állapotból a másikba való átkapcsolásának ideje nagyon gyorsan megtörténik. Ez lehetővé teszi, hogy a cache memória ugyanazon a frekvencián működjön, mint a modern processzorok.

Szintén fontos tényező a cache memória elhelyezése. Magán a processzor chipen található, ami jelentősen csökkenti a hozzáférési időt. Korábban bizonyos szintű gyorsítótár a processzorchipen kívül, egy speciális SRAM chipen volt valahol az alaplapon. Mostanra szinte minden processzornak van cache memóriája a processzorchipen.

Mire használják a processzor gyorsítótárát?

Mint fentebb említettük, a cache memória fő célja a processzor által gyakran használt adatok tárolása. A gyorsítótár egy puffer, amelybe az adatok betöltődnek, és kis mérete (kb. 4-16 MB) ellenére a modern processzorokban jelentős teljesítménynövekedést biztosít bármely alkalmazásban.

A gyorsítótár-memória szükségességének jobb megértése érdekében képzeljük el, hogy egy számítógép memóriáját úgy szervezzük, mint egy irodát. A RAM egy szekrény lesz mappákkal, amelyekhez a könyvelő időnként hozzáfér, hogy nagy adattömböket (vagyis mappákat) tudjon lekérni. A táblázat pedig gyorsítótár lesz.

Vannak olyan elemek, amelyeket a könyvelő asztalára helyeznek, amire egy óra leforgása alatt többször hivatkozik. Ezek lehetnek például telefonszámok, dokumentumok példái. Az ilyen típusú információk közvetlenül az asztalon találhatók, ami viszont növeli a hozzáférés sebességét.

Ugyanígy azokból a nagy adatblokkokból (mappákból) adatokat lehet hozzáadni a táblázathoz a gyors felhasználás érdekében, például egy dokumentumhoz. Ha erre a dokumentumra már nincs szükség, visszahelyezi a szekrénybe (a RAM-ba), ezáltal törli a táblát (cache memória), és felszabadítja a táblázatot az új dokumentumok számára, amelyeket a következő időszakban használnak majd fel.

A cache-memóriával is, ha vannak olyan adatok, amelyekhez a legvalószínűbb, hogy újra el lehet érni, akkor ezek az adatok a RAM-ból betöltődnek a gyorsítótárba. Ez nagyon gyakran úgy történik, hogy a legvalószínűbb, hogy az aktuális adatok után együtt töltik be azokat az adatokat. Vagyis vannak feltételezések arról, hogy mit fognak használni „utána”. Ezek az összetett működési elvek.

Processzor gyorsítótár szintjei

A modern processzorok gyorsítótárral vannak felszerelve, amely gyakran 2 vagy 3 szintből áll. Természetesen vannak kivételek, de ez gyakran így van.

Általában a következő szintek létezhetnek: L1 (első szint), L2 (második szint), L3 (harmadik szint). Most egy kicsit részletesebben mindegyikről:

Az első szintű gyorsítótár (L1) a leggyorsabb gyorsítótár memóriaszint, amely közvetlenül a processzormaggal működik, ennek a szoros interakciónak köszönhetően ez a szint rendelkezik a legrövidebb hozzáférési idővel, és a processzorhoz közeli frekvencián működik. Ez egy puffer a processzor és a második szintű gyorsítótár között.

Megfontoljuk a nagy teljesítményű Intel Core i7-3770K processzor mennyiségét. Ez a processzor 4 x 32 KB L1 gyorsítótárral van felszerelve, 4 x 32 KB = 128 KB. (32 KB magonként)

Második szintű gyorsítótár (L2) – a második szint nagyobb, mint az első, de ennek eredményeként alacsonyabb „sebességjellemzőkkel” rendelkezik. Ennek megfelelően pufferként szolgál az L1 és L3 szintek között. Ha újra megnézzük a Core i7-3770 K példánkat, akkor az L2 cache memória mérete 4x256 KB = 1 MB.

Harmadik szintű gyorsítótár (L3) – a harmadik szint ismét lassabb, mint az előző kettő. De még mindig sokkal gyorsabb, mint a RAM. Az i7-3770K L3 gyorsítótárának mérete 8 MB. Ha az előző két szintet minden mag megosztja, akkor ez a szint az egész processzorra közös. A mutató meglehetősen szilárd, de nem túlzó. Mivel például az Extreme sorozatú processzoroknál, mint az i7-3960X, ez 15 MB, néhány új Xeon processzornál pedig több mint 20.

we-it.net

Mire használják a gyorsítótárat és mennyi szükséges?

Nem készpénzről beszélünk, hanem a processzor gyorsítótár memóriájáról és még sok másról. A gyorsítótár-kapacitásból újabb kereskedelmi fétist csináltak a kereskedők, főleg a központi processzorok és merevlemezek gyorsítótárával (a videokártyákon is van, de még nem jutottak el). Tehát van egy XXX processzor 1 MB L2 gyorsítótárral, és pontosan ugyanaz az XYZ processzor 2 MB gyorsítótárral. Találd ki, melyik a jobb? Ó, ne tedd azonnal!

A gyorsítótár egy puffer, amely tárolja azt, amit el lehet halasztani és/vagy el kell halasztani későbbre. A processzor dolgozik, és előfordulnak olyan helyzetek, amikor valahol köztes adatokat kell tárolni. Hát persze a gyorsítótárban! - elvégre nagyságrendekkel gyorsabb, mint a RAM, mert... magában a processzor die-ben van, és általában ugyanazon a frekvencián fut. Aztán egy idő után visszahalászja ezeket az adatokat, és újra feldolgozza. Nagyjából olyan ez, mint egy futószalagon futó burgonyaválogató, aki minden alkalommal, amikor nem krumplival (sárgarépával) találkozik, bedobja egy dobozba. És amikor tele van, felkel, és beviszi a szomszéd szobába. Ebben a pillanatban a szállítószalag áll, és leállás figyelhető meg. Ebben a hasonlatban a doboz térfogata a gyorsítótár. És mennyi kell – 1 MB vagy 12? Nyilvánvaló, hogy ha kicsi a térfogata, akkor túl sok időt kell töltenie az eltávolítással, és egyszerű lesz, de egy bizonyos térfogat után a további növelés nem hoz semmit. Nos, a válogatónak lesz egy doboza 1000 kg sárgarépa számára – de nem lesz annyi a teljes műszakban, és ettől nem lesz KÉTSZER GYORSABB! Van még egy finomság - a nagy gyorsítótár egyrészt növelheti a hozzáférési késéseket, másrészt megnő a hibák valószínűsége, például a túlhajtás során. (Itt olvashat arról, HOGYAN állapítható meg a processzor stabilitása/instabilitása, és megtudhatja, hogy a hiba a gyorsítótárában jelentkezik, és tesztelheti az L1-t és L2-t.) Harmadszor, a gyorsítótár tisztességesen felemészti a chipterületet, és a a processzoráramkör tranzisztor költségvetése. Ugyanez vonatkozik a merevlemezek gyorsítótárára is. Ha pedig a processzorarchitektúra erős, akkor sok alkalmazásban 1024 KB-os vagy nagyobb gyorsítótárral fog rendelkezni. Ha gyors HDD-vel rendelkezik, 16 MB vagy akár 32 MB megfelelő. De a 64 MB gyorsítótár nem teszi gyorsabbá, ha ez egy zöld verziónak nevezett berendezés (Green WD), amelynek sebessége 5900 a szükséges 7200 helyett, még akkor sem, ha az utóbbi 8 MB-os. Ekkor az Intel és az AMD processzorok másként használják ezt a gyorsítótárat (általánosságban elmondható, hogy az AMD hatékonyabb, és processzoraik gyakran kényelmesek a kisebb értékekkel). Ezen kívül az Intel rendelkezik megosztott gyorsítótárral, de az AMD minden maghoz külön rendelkezik vele. Az AMD processzorok leggyorsabb L1 gyorsítótára 64 KB az adatok és az utasítások számára, ami kétszer annyi, mint az Intelnél. A harmadik szintű L3 gyorsítótár általában olyan csúcsprocesszorokban található, mint az AMD Phenom II 1055T X6 Socket AM3 2,8 GHz vagy a versenytárs Intel Core i7-980X. Először is, a játékok szeretik a nagy gyorsítótárakat. És sok professzionális alkalmazás NEM szereti a gyorsítótárat (lásd. Számítógép rendereléshez, videószerkesztéshez és professzionális alkalmazásokhoz). Pontosabban, akik a legigényesebbek, azok általában közömbösek iránta. De amit semmiképpen nem szabad megtenned, az az, hogy a gyorsítótár mérete alapján válassz processzort. A régi Pentium 4 legújabb megjelenési formáiban 2 MB gyorsítótárral rendelkezett jóval 3 GHz feletti működési frekvencián – hasonlítsa össze teljesítményét az olcsó kétmagos Celeron E1***-el, amely körülbelül 2 GHz-es frekvencián üzemel. Követ nem hagy az öregről. Relevánsabb példa a nagyfrekvenciás kétmagos E8600, ami közel 200 dollárba kerül (nyilván a 6 MB gyorsítótár miatt), valamint az Athlon II X4-620 2,6 GHz, amiben mindössze 2 MB van. Ez nem akadályozza meg Athlone-t abban, hogy lemészárolja versenytársát.

Amint az a grafikonokon látható, egyetlen gyorsítótár sem helyettesítheti a további magokat sem az összetett programokban, sem a processzorigényes játékokban. A 2 MB gyorsítótárral (piros) rendelkező Athlon könnyedén felülmúlja a 6 MB gyorsítótárral rendelkező Cor2Duo-t, még alacsonyabb frekvencián és majdnem fele áron is. Ezenkívül sokan elfelejtik, hogy a gyorsítótár a videokártyákban van, mivel általában véve processzoraik is vannak. Friss példa erre a GTX460 videokártya, ahol nem csak a buszt és a memóriakapacitást (amit a vevő találgat) sikerül lecsökkenteni, hanem a shader gyorsítótárat is 512Kb-ról 384Kb-ra (amit a vevő NEM talál ki) ). Ez pedig negatívan járul hozzá a termelékenységhez. Érdekes lesz megtudni a teljesítmény gyorsítótár méretétől való függését is. Vizsgáljuk meg, milyen gyorsan növekszik a gyorsítótár méretének növekedésével ugyanazon processzor példáján. Mint ismeretes, az E6***, E4*** és E2*** sorozat processzorai csak a gyorsítótár méretében (4, 2 és 1 MB) különböznek egymástól. Ugyanazon a 2400 MHz-es frekvencián működve a következő eredményeket mutatják.

Amint láthatja, az eredmények nem különböznek egymástól. Többet is mondok - ha egy 6 MB kapacitású processzor került volna bele, akkor az eredmény egy kicsit tovább nőtt volna, mert processzorok elérik a telítettséget. De az 512 Kb-os modelleknél a csökkenés észrevehető lenne. Vagyis 2MB még játékokhoz is elég. Összefoglalva a következő következtetést vonhatjuk le - a gyorsítótár akkor jó, ha MÁR sok minden más. Naiv és hülyeség a merevlemez sebességét vagy a processzormagok számát a gyorsítótár méretére cserélni azonos költséggel, mert még a legterjedelmesebb válogatódoboz sem helyettesíti a másik válogatót.De van erre jó példa is.. Például a Pentium Dual-Core a 65 nm-es folyamat korai verziójában 1 MB gyorsítótárral rendelkezett két maghoz (E2160 sorozat és hasonlók), az E5200 sorozat későbbi 45 nm-es változata pedig még mindig 2 MB-ot, minden más tényező változatlansága mellett ( és ami a legfontosabb - ÁR). Természetesen az utóbbit érdemes választani.

compua.com.ua

Mi az a gyorsítótár, miért van rá szükség és hogyan működik?

Valójában egy számítógépen nagyon sok gyorsítótár található, és nem hulladéklerakóként szolgálnak, hanem a berendezések és alkalmazások gyorsítójaként. Honnan szerezték a „rendszerszemét-csúszda” hírnevét? Nézzük meg, mi az a gyorsítótár, mi az, hogyan működik, és miért kell időnként megtisztítani.

A cache vagy cache memória a gyakran használt adatok speciális tárolója, amelyhez több tíz-, száz- és ezerszer gyorsabban lehet hozzáférni, mint a RAM-hoz vagy más adathordozóhoz.

Az alkalmazások (webböngészők, audio- és videolejátszók, adatbázis-szerkesztők stb.), operációs rendszer-összetevők (bélyegkép-gyorsítótár, DNS-gyorsítótár) és hardver (CPU-gyorsítótár L1-L3, grafikus keretpuffer) saját gyorsítótárral rendelkeznek. chip, tárolópufferek) . Különféle módon valósítják meg – szoftveresen és hardveresen.

• A program gyorsítótár egyszerűen egy különálló mappa vagy fájl, amelybe például a meglátogatott webhelyek képei, menüi, szkriptjei, multimédiás tartalmai és egyéb tartalmai betöltődnek. Ebbe a mappába merül először a böngésző, amikor újra megnyit egy weboldalt. Egyes tartalom lapozása a helyi tárhelyről felgyorsítja a betöltést és csökkenti a hálózati forgalmat.

• A tárolóeszközökben (különösen a merevlemezeken) a gyorsítótár egy különálló, 1-256 Mb kapacitású RAM chip, amely az elektronikai kártyán található. A mágneses rétegből kiolvasott és a RAM-ba még be nem töltött információkat, valamint az operációs rendszer által leggyakrabban kért adatokat kap.

• Egy modern központi processzor 2-3 fő gyorsítótár-memóriát (más néven ultra-random access memóriát) tartalmaz, amelyek hardvermodulok formájában ugyanazon a chipen helyezkednek el. A leggyorsabb és legkisebb méretű (32-64 Kb) az 1-es gyorsítótárszint (L1) - ugyanazon a frekvencián működik, mint a processzor. Az L2 átlagos helyet foglal el sebesség és kapacitás tekintetében (128 Kb és 12 Mb között). Az L3 pedig a leglassabb és legterjedelmesebb (legfeljebb 40 Mb), és egyes modelleken hiányzik. Az L3 sebessége csak a gyorsabb testvérekhez képest alacsony, de több százszor gyorsabb, mint a legproduktívabb RAM.

A processzor flash memóriája a RAM-ból és gépi kód utasításaiból pumpált, folyamatosan használt adatok tárolására szolgál. Minél több, annál gyorsabb a processzor.

Manapság a gyorsítótárazás három szintje már nem jelenti a határt. A Sandy Bridge architektúra megjelenésével az Intel egy további (a visszafejtett mikroutasítások tárolására szolgáló) gyorsítótárat vezetett be termékeiben. A legnagyobb teljesítményű CPU-k pedig negyedik szintű gyorsítótárral is rendelkeznek, külön chip formájában.

Sematikusan az L0-L3 gyorsítótár-szintek interakciója így néz ki (az Intel Xeon példájával):

Emberi nyelven arról, hogyan működik az egész

Azokat a papírokat, amelyekre ritkábban van szüksége, a közelben tárolják a polcokon (RAM-ban). Ahhoz, hogy megszerezze őket, fel kell állnia és néhány métert gyalogolnia. És amivel az ember jelenleg nem dolgozik, az archiválva van (rögzítve a merevlemezen).

Minél szélesebb a táblázat, annál több dokumentum fér el rajta, ami azt jelenti, hogy a dolgozó gyorsan nagyobb mennyiségű információhoz férhet hozzá (minél nagyobb a gyorsítótár kapacitása, elméletileg annál gyorsabban működik a program vagy eszköz).

Néha hibázik – olyan papírokat tart az asztalán, amelyek téves információkat tartalmaznak, és ezeket felhasználja munkája során. Ennek eredményeként csökken a munkájának minősége (a gyorsítótár-hibák a programok és a hardver meghibásodásához vezetnek). A helyzet javítása érdekében a munkavállalónak ki kell dobnia a hibás dokumentumokat, és a megfelelőket a helyükre kell tennie (törölnie kell a gyorsítótárat).

A tábla korlátozott területtel rendelkezik (a gyorsítótár kapacitása korlátozott). Néha bővíthető, például egy második tábla mozgatásával, néha pedig nem (a gyorsítótár mérete növelhető, ha a program ilyen lehetőséget biztosít; a hardveres gyorsítótár nem módosítható, mivel hardverben van megvalósítva) .

Egy másik módja annak, hogy felgyorsítsuk a hozzáférést több dokumentumhoz, mint amennyit az asztal el tud fogadni, ha egy asszisztenst kérünk, aki kiszolgálja a dolgozói papírokat a polcról (az operációs rendszer a fel nem használt RAM egy részét lefoglalhatja az eszközadatok gyorsítótárazására). De még mindig lassabb, mint levenni őket az asztalról.

A rendelkezésre álló dokumentumoknak kapcsolódniuk kell az aktuális feladatokhoz. Ezt a munkavállalónak magának kell figyelemmel kísérnie. Rendszeresen rendet kell tenni (a gyorsítótárból a lényegtelen adatok eltávolítása az azt használó alkalmazások vállára esik; egyes programoknak van automatikus cache-törlő funkciója).

Ha egy alkalmazott elfelejti a munkahelyi rendet és a dokumentációt naprakészen tartani, készíthet magának egy asztali takarítási ütemtervet, és azt emlékeztetőül használhatja. Legvégső esetben ezt bízza egy asszisztensre (ha egy gyorsítótár-memóriától függő alkalmazás lassabb lett, vagy gyakran irreleváns adatokat tölt le, használjon gyorsítótár-tisztító eszközöket ütemezetten, vagy végezze el ezt a manipulációt néhány naponta manuálisan).

Valójában mindenhol találkozunk „gyorsítótár funkcióval”. Ebbe beletartozik a későbbi felhasználásra szánt élelmiszerek vásárlása, és különféle műveletek, amelyeket csak futólag, egy időben hajtunk végre, stb. Lényegében ez minden, ami megkímél minket a fölösleges nyüzsgéstől és a felesleges mozgásoktól, egyszerűsíti életünket és megkönnyíti a munkánkat. A számítógép is ezt teszi. Röviden, ha nem lenne gyorsítótár, akkor százszor és ezerszer lassabban működne. És valószínűleg nem tetszene nekünk.

f1comp.ru

Gyorsítótár, gyorsítótár, készpénz - memória. Mire használják a cache memóriát? A gyorsítótár méretének és sebességének hatása a teljesítményre.

Cache - memória (gyorsítótár, készpénz, puffer - eng.) - digitális eszközökben használják nagy sebességű vágólapként. A gyorsítótár található számítógépes eszközökön, például merevlemezeken, processzorokon, videokártyákon, hálózati kártyákon, CD-meghajtókon és sok máson.

A gyorsítótár működési elve és architektúrája nagyon eltérő lehet.

A gyorsítótár például normál vágólapként szolgálhat. A készülék feldolgozza az adatokat és egy nagy sebességű pufferbe továbbítja, ahol a vezérlő továbbítja az adatokat az interfésznek. Az ilyen gyorsítótár célja, hogy megakadályozza a hibákat, ellenőrizze az adatok sértetlenségét, vagy egy eszközből érkező jelet késedelem nélkül az interfész számára érthető jellé kódoljon. Ezt a rendszert például CD/DVD meghajtókban használják.

Egy másik esetben a gyorsítótár a gyakran használt kód tárolására és ezáltal az adatfeldolgozás felgyorsítására szolgálhat. Vagyis az eszköznek nem kell újra kiszámolnia vagy kikeresnie az adatokat, ami sokkal tovább tartana, mint a gyorsítótárból történő kiolvasása. Ebben az esetben a gyorsítótár mérete és sebessége nagyon fontos szerepet játszik.

Ez az architektúra leggyakrabban merevlemezeken, SSD-meghajtókon és központi feldolgozó egységeken (CPU-k) található.

Az eszközök működése közben speciális firmware vagy diszpécser programok tölthetők be a gyorsítótárba, amelyek lassabban működnének ROM-mal (csak olvasható memória).

A legtöbb modern eszköz vegyes típusú gyorsítótárat használ, amely egyszerre szolgálhat vágólapként és tárolhatja a gyakran használt kódot.

A processzorok és a videochipek gyorsítótárához számos nagyon fontos funkció van megvalósítva.

A végrehajtási egységek kombinálása. A központi feldolgozó egységek és a videoprocesszorok gyakran gyors megosztott gyorsítótárat használnak a magok között. Ennek megfelelően, ha az egyik mag feldolgozott információt, és az a gyorsítótárban van, és ugyanerre a műveletre vagy az adatokkal való munkavégzésre parancs érkezik, akkor az adatokat a processzor nem dolgozza fel újra, hanem a gyorsítótár a további feldolgozáshoz. A rendszermag le lesz töltve más adatok feldolgozásához. Ez jelentősen növeli a hasonló, de összetett számítások teljesítményét, különösen, ha a gyorsítótár nagy és gyors.

A megosztott gyorsítótár azt is lehetővé teszi, hogy a magok közvetlenül működjenek vele, megkerülve a lassú RAM-ot.

Gyorsítótár az utasításokért. Van egy megosztott, nagyon gyors L1 gyorsítótár az utasításokhoz és egyéb műveletekhez, vagy egy dedikált gyorsítótár a számukra. Minél több utasítást tárol egy processzor, annál nagyobb utasítás-gyorsítótárra van szüksége. Ez csökkenti a memória késleltetését, és lehetővé teszi az utasításblokk szinte önálló működését.Amikor megtelik, az utasításblokk időszakonként tétlenné kezd, ami lelassítja a számítási sebességet.

Egyéb funkciók és jellemzők.

Figyelemre méltó, hogy a CPU-kban (központi feldolgozóegységekben) hardveres hibajavítást (ECC) alkalmaznak, mivel a gyorsítótár kis hibája egy folyamatos hibához vezethet az adatok további feldolgozása során.

A CPU-ban és a GPU-ban van egy gyorsítótár-hierarchia, amely lehetővé teszi az egyes magok és az általános magok adatainak elkülönítését. Bár a második szintű gyorsítótárból szinte minden adat átmásolódik a harmadik, általános szintre, de nem mindig. Az első gyorsítótár szint a leggyorsabb, és minden további lassabb, de nagyobb méretű.

A processzorok esetében három vagy kevesebb gyorsítótárszint tekinthető normálisnak. Ez lehetővé teszi az egyensúlyt a sebesség, a gyorsítótár mérete és a hőelvezetés között. Nehéz kettőnél több gyorsítótárszintet találni a videoprocesszorokban.

A gyorsítótár mérete, a teljesítményre gyakorolt ​​hatás és egyéb jellemzők.

Természetesen minél nagyobb a gyorsítótár, annál több adatot tud tárolni és feldolgozni, de itt van egy komoly probléma.

A nagy gyorsítótár nagy tranzisztor költségvetést jelent. A szerver feldolgozó egységekben (CPU-k) a gyorsítótár a tranzisztor költségvetésének akár 80%-át is felhasználhatja. Ez egyrészt a végső költséget érinti, másrészt az energiafogyasztás és a hőleadás növekedése, ami nem hasonlítható össze a több százalékkal megnövekedett termelékenységgel.