Verdienen Sie Geld mit Ihren Tech-Blogs, Gadgets und Tipps

Mikä on suorittimen välimuisti? L1, L2 ja L3 välimuisti selitetty

Huomautus: Seuraava artikkeli auttaa sinua: Mikä on suorittimen välimuisti? L1, L2 ja L3 välimuisti selitetty

Jos olet tekniikan ystävä, olet ehkä kuullut sanan välimuisti useissa yhteyksissä. Olipa kyseessä verkkoselaimet tai sovellukset, välimuistia käytetään kaikkialla. Mutta mitä tekemistä välimuistilla on suorittimen kanssa? Voiko sillä olla merkittävä vaikutus järjestelmän suorituskykyyn?

Jos kysyt itseltäsi samanlaisia ​​kysymyksiä, olet tullut oikeaan paikkaan, koska tässä artikkelissa puhumme siitä, mistä CPU:n välimuistissa on kyse ja saako se järjestelmän toimimaan nopeammin.

Yksinkertaisesti sanottuna välimuisti on hämmästyttävän nopea, haihtuva muisti, jota käytetään tietojen toimittamiseen prosessorille. Tämä muisti on sijoitettu itse suorittimeen, ja se on keskeinen parametri prosessorin suorituskyvyssä. Mutta mikä tekee välimuistista niin nopean?

Vastaus tähän kysymykseen: Välimuistin ja RAM-muistin tekemisessä on perustavanlaatuinen ero. Välimuisti käyttää SRAM:ia (staattista RAM:ia) tietojen tallentamiseen, kun taas RAM käyttää DRAM:ia (dynaaminen RAM).

SRAM-solut käyttävät transistoreita tietojen tallentamiseen, kun taas DRAM käyttää kondensaattoreita ja transistoreita tietojen tallentamiseen. Koska DRAM-kennoissa käytetään kondensaattoreita, ne on päivitettävä usein, koska kondensaattorit menettävät latausta ajan myötä. Päivitysjakson aikana RAM-muistissa olevia tietoja ei voida käyttää, mikä hidastaa sitä. Toisaalta SRAM ei menetä latausta, ja siksi sitä kutsutaan staattiseksi RAMiksi.

Lisäksi CPU-sirulle on sijoitettu välimuisti. Tämä mahdollistaa prosessorin pääsyn tietoihin sitä nopeammin, mitä lähemmäs CPU:ta se on. Toisaalta RAM on kytketty prosessoriin emolevyn kautta, mikä hidastaa RAM-käyttöä.

Kun otetaan huomioon kaikki välimuistin edut, saatat ajatella, että jos välimuisti on niin nopea, sinun ei pitäisi vain käyttää sitä RAM-muistin sijasta. SRAM:n ongelma on, että se on erittäin kallis ja vie paljon sirutilaa RAM-muistiin verrattuna. Välimuistin suuren koon ja hinnan vuoksi se on jaettu kolmeen erilliseen lohkoon, nimittäin L1-, L2- ja L3-välimuistiin.

Kaikki nämä välimuistit ovat erikokoisia ja toimivat eri nopeuksilla – lisää tästä seuraavassa osiossa.

Lue myös: Mikä on välimuistin osiointi? Vaikuttaako se yksityisyytesi?

Ennen kuin ymmärrät välimuistin toiminnan, on tärkeää ymmärtää, miksi se on tarpeen. Suurin syy välimuistien tarpeeseen on, että järjestelmämuisti ei ole tarpeeksi nopea prosessorille.

Jotta asiat saadaan perspektiiviin, CPU toimii nykyään 4 GHz:n taajuudella Turbo Boost -syklin aikana. Tällaisen syklin aikana se pystyy käsittelemään käskyjä neljänneksessä nanosekunnissa. Sitä vastoin RAM-muistilla, joka tallentaa tietoja tilapäisesti järjestelmään, kestää noin 8,8 nanosekuntia lähettääkseen tietoja prosessorille.

Lukuja tarkasteltaessa voit nähdä merkittävän eron CPU:n tietojen käsittelynopeuden ja nopeuden välillä, jolla RAM voi toimittaa sen prosessorille. Tämän aukon sulkemiseksi suoritin käyttää erityistä muistityyppiä, jota kutsutaan välimuistiksi.

Lue myös: Mikä on kiintolevyn eheytys? Voiko se nopeuttaa tietokonettasi?

Kuten viimeisessä osassa mainittiin, välimuisti on nopea, mutta sillä on useita haittoja. Näiden haittojen voittamiseksi suorittimen välimuisti on jaettu kolmeen tasoon.

L1 on nopein mutta pienin kaikista välimuistista. Tämä välimuisti on myös sijoitettu lähinnä prosessoria ja se tarjoaa tietoja suorittimelle suurimmalla mahdollisella nopeudella. Seuraavaksi tulee L2-välimuisti, joka on suurempi mutta hitaampi kuin L1-välimuisti. Moniprosessorisuorittimissa L1- ja L2-välimuistit ovat riippumattomia prosessoriytimestä, ja L1-välimuisti on edelleen jaettu datavälimuistiin ja käskyvälimuistiin.

Suorittimelle on saatavilla toinen välimuisti, joka on kaikista suurin, mutta myös hitain – L3-välimuisti. Moniprosessorijärjestelmissä L3-välimuisti jaetaan prosessoriytimien kesken ja joissakin tapauksissa sijoitetaan sirun ulkopuolelle.

Intel Core i7-10700K -suorittimessa on 64 kilotavua L1-välimuistia ydintä kohti, 256 kilotavua L2-välimuistia ja 16 megatavua jaettua L3-välimuistia. L3-välimuistin koko on kasvanut dramaattisesti viime vuosina, mutta L1-välimuistin koko on kasvanut vain muutamalla kilotavulla.

Syynä on se, että kun L1-välimuistin koko kasvaa, suoritin tarvitsee paljon aikaa löytääkseen tietoja, mikä kumoaa nopean välimuistin tarkoituksen. Lisäksi nopea L1-välimuisti vie paljon tilaa CPU-sirulta, mikä vähentää muiden komponenttien sijoittamisaluetta.

Lue myös: Mikä on DNS-välimuisti ja miten se toimii?

Miten data liikkuu järjestelmässäsi?

Nyt kun meillä on lyhyt katsaus välimuistijärjestelmien käyttöön nykyaikaisissa koneissa, katsotaanpa kuinka tieto kulkee Tietokoneessa.

Järjestelmäsi RAM ja välimuisti ovat haihtuvaa tallennusjärjestelmää. Siksi ne eivät voi tallentaa tietoja, kun virta on katkaistu. Siksi järjestelmätietojen tallentamiseen tarvitaan haihtumattomia tallennusvälineitä, kuten kiintolevyjä.

Nämä haihtumattomat järjestelmät käyttävät magneettisia levyjä tai flash-muistia tietojen tallentamiseen ja lähettämiseen RAM-muistiin, kun järjestelmässä avataan ohjelma. Tämän jälkeen CPU pyytää RAM-muistia siirtämään tiedot välimuistiin; Nämä tiedot sisältävät tiedostoja ja ohjeita, joita käyttäjä voi käyttää tulevaisuudessa tai joita CPU tarvitsee reaaliajassa.

L1-välimuisti hakee tiedot, joita CPU parhaillaan työskentelee; L2-välimuisti tallentaa tiedostot, joita prosessori on äskettäin käyttänyt ja joita saattaa tarvita tulevaisuudessa. L3-välimuisti tallentaa tietoja, joita useat ytimet voivat käyttää tehtävien suorittamiseen

Lue myös: Mikä on DNS-välimuistin myrkytys? Kuinka suojaat tietokonettasi?

Mitä tapahtuu, jos välimuistissa ei ole tietoja?

Tiedämme, että tiedot välitetään välimuistista CPU:lle ja kuinka tärkeä välimuisti on suorittimelle. Mutta mitä tapahtuu, jos suorittimen tarvitsemat tiedot eivät ole käytettävissä välimuistissa?

Kun jotain tällaista tapahtuu, sitä kutsutaan välimuistin puutteeksi ja järjestelmä alkaa etsiä suorittimen tarvitsemia tietoja ja työntää niitä välimuistiin. Järjestelmässä voi esiintyä kolmenlaisia ​​välimuistivirheitä, ja ne ovat seuraavat.

  • Komentovälimuistivirhe: Tässä tapauksessa L1-käskyvälimuisti ei sisällä käskyä, joka prosessorin on suoritettava. Tämä välimuistin puuttuminen aiheuttaa eniten viivettä, koska suoritin ei voi suorittaa mitään tehtävää, koska se ei tiedä mitä käskyä suorittaa. Kun tällainen virhe ilmenee, järjestelmä alkaa etsiä käskyä RAM-muistista tai päämuistista.
  • Datan lukuvirhe: Kun tämä välimuisti puuttuu, suoritin ei voi noutaa tietoja, joita se tarvitsee työskennelläkseen. Tämä tapahtuu, kun L1-tietovälimuisti ei sisällä tietoja. Tällä välimuistin puutteella on keskimääräinen vaikutus järjestelmän suorituskykyyn, koska sen avulla CPU voi käsitellä muita tietoja, kunnes järjestelmä hakee suorittimen tarvitsemat tiedot.
  • Tietojen kirjoitusvirhe: Käsittelijän käsittelemiä tietoja ei voi kirjoittaa välimuistiin; Tämä voi tapahtua, kun L1-tietovälimuisti on täynnä. Tämä välimuistin puuttuminen aiheuttaa pienimmän viiveen, koska prosessori voi tallentaa tiedot rekisteriin ja lähettää välimuistiin myöhemmin.

Lue myös: Mitä eroa on GPU:lla ja FPGA:lla?

Välimuisti on välttämätön mille tahansa suorittimelle, mutta kuinka paljon sitä tarvitset? Kuten aiemmin mainittiin, L1- ja L2-välimuistin koko pysyy samana useimmissa järjestelmissä. Ainoa välimuisti, jota sinun on tarkasteltava, on L3-välimuisti. Suurempi välimuisti tarjoaa paremman Suorituskyvyn.

Joissakin huippuluokan suoritinjärjestelmissä välimuistin koko voi olla jopa 64 Mt, mutta tällaiset välimuistikoot ovat liian kalliita ja niitä käytetään palvelinsovelluksissa. Jos olet innokas pelaaja ja käytät moniytimistä konetta, 16 Mt:n välimuisti on enemmän kuin tarpeeksi kaikkiin tarpeisiisi.

Lue myös: Kuinka saada Google Maps API -avain?

Sisällysluettelo