Кеш пам’ять процесора це що за пристрій і його призначення

Всім доброго часу доби. Сьогодні ми постараємося пояснити вам таке поняття як кеш. Кеш пам’ять процесора – це надшвидкий масив обробки даних, швидкість якого перевищує показники стандартної ОЗУ раз так в 16-17, якщо мова йде про DDR4.Із цієї статті ви дізнаєтеся:

Саме обсяг кеш-пам’яті дозволяє ЦП працювати на граничних швидкостях, не чекаючи, поки оперативна пам’ять обробить будь-які дані і не відправить результати готових обчислень чіпу для подальшої їх обробки. Аналогічний принцип простежується в HDD, тільки там використовується буфер на 8-128 МБ. Інша справа, що швидкості набагато нижче, але процес роботи аналогічний.

Що таке кеш процесора?

Як взагалі відбувається процес обчислень? Всі дані зберігаються в оперативній пам’яті, яка призначена для тимчасового зберігання важливою користувальницької і системної інформації. Процесор вибирає для себе певну кількість завдань, які заганяються в надшвидкий блок, іменований кеш-пам’яттю, і починає займатися своїми прямими обов’язками.

Результати обчислень знову відправляються в ОЗУ, але вже в набагато меншій кількості (замість тисячі значень на виході отримуємо куди менше), а на обробку береться новий масив. І так до тих пір, поки робота не буде зроблена.

Швидкість роботи визначається ефективністю оперативної пам’яті. Але жоден сучасний модуль DDR4, включаючи оверклокерські рішення з частотами під 4000 МГц, і поруч не стояв з можливостями самого чахлого процесора з його «повільним» кешем.

Все тому, що швидкість роботи ЦП перевищує показники роботи ОЗУ в середньому раз в 15, а то і вище. І не дивіться тільки на параметри частоти, крім них відмінностей не бракує.В теорії виходить, що навіть надпотужні Intel Xeon і AMD Epyc змушені простоювати, але по факту обидва серверних чіпа працюють на межі можливостей. А все тому, що вони набирають необхідну кількість даних по величині кеша (аж до 60 і більше МБ) і моментально обробляють дані. ОЗУ служить в якості якогось складу, звідки черпаються масиви для обчислень. Ефективність обчислень комп’ютера зростає і всі задоволені.

Короткий екскурс в історію

Перші згадки про кеш-пам’яті датовані кінцем 80-х років. До цього часу швидкість роботи процесора і пам’яті були приблизно однаковою. Стрімкий розвиток чіпів вимагало придумати якийсь «милиця», щоб підвищити рівень швидкодії ОЗУ, однак використовувати надшвидкі чіпи було дуже затратно, а тому зважилися обійтися більш економічним варіантом – впровадженням швидкісного масиву пам’яті в ЦП.

Вперше модуль кеш-пам’яті з’явився в Intel 80386. У той час затримки при роботі DRAM коливалися в межах 120 наносекунд, в той час як більш сучасний модуль SRAM скорочував час затримок до значних на той час 10 наносекунд. Орієнтовна картина більш наочно продемонстрована в протистоянні HDD проти SSD.

Спочатку кеш-пам’ять розпаювати прямо на материнських платах, зважаючи на рівень техпроцесу того часу. Починаючи з Intel 80486 8 кб пам’яті було впроваджено безпосередньо в кристал процесора, що додатково збільшувало продуктивність і знижувало площа кристала.

Дана технологія розташування залишалася актуальною лише до виходу Pentium MMX, після чого SRAM-пам’ять була замінена більш прогресивної SDRAM. Та й процесори стали набагато менше, а тому потреба в зовнішніх схемах відпала.

Рівні кеш-пам’яті

На маркуванні сучасних ЦП, крім тактової частоти і кількості потоків, можна зустріти таке поняття як розмір кеша 1,2 і 3 рівнів. Як він визначається і на що впливає? Давайте розбиратися простою мовою.

  • Кеш першого рівня (L1) – найважливіша і швидка мікросхема в архітектурі ЦП. Один процесор може вмістити кількість модулів, що дорівнює числу ядер. Примітно, що мікросхема може зберігати в пам’яті найбільш затребувані і важливі дані тільки зі свого ядра. Обсяг масиву часто обмежений показником в 32-64 КБ.
  • Кеш другого рівня (L2) – падіння швидкості компенсується збільшенням обсягу буфера, який доходить до 256, а то і 512 КБ. Принцип дії такий же, як і у L1, а ось частота запиту до пам’яті нижче, зважаючи на зберігання в ній менше пріоритетних даних.
  • Кеш третього рівня (L3) – найповільніший і об’ємний розділ серед всіх перерахованих. І все одно цей масив набагато швидше оперативної пам’яті. Розмір може досягати 20, і навіть 60 МБ, якщо мова стосується серверних чіпів. Користь від масиву величезна: він є ключовою ланкою обміну даними між усіма ядрами системи. Без L3 всі елементи чіпа були б розрізнені.

У продажу можна зустріти як дво- так
і трирівневу структуру пам’яті. Яка з них краще? Якщо ви використовуєте процесор лише для офісних програм та казуальних ігор, то ніякої різниці не відчуєте. Якщо ж система збирається з прицілом під складні 3D-ігри, архівацію, рендеринг і роботу з графікою, то приріст в деяких випадках буде коливатися від 5 до 10%.Кеш третього рівня виправданий лише в тому випадку, якщо ви маєте намір регулярно працювати з багато-додатками, які вимагають регулярні складні розрахунки. З цієї причини в серверних моделях нерідко використовують кеш L3 великих обсягів. Хоча бувають випадки, що і цього не вистачає, а тому доводиться додатково ставити так звані модулі L4, які виглядають як окрема мікросхема, що підключається до материнської плати.

Як дізнатися кількість рівнів і розмір кешу на своєму процесорі?

Почнемо з того, що зробити це можна 3 способами:

  • через командний рядок (тільки кеш L2 і L3);
  • шляхом пошуку специфікацій в інтернеті;
  • за допомогою сторонніх утиліт.

Якщо взяти за основу той факт, що у більшості процесорів L1 становить 32 КБ, а L2 і L3 можуть коливатися в широких межах, останні 2 значення нам і потрібні. Для їх пошуку відкриваємо командний рядок через «Пуск» (вводимо значення «cmd» через рядок пошуку).

Далі необхідно прописати значення «wmic cpu get L2CacheSize, L3CacheSize».

Система покаже підозріло велике значення для L2. Необхідно поділити його на кількість ядер процесора і дізнатися підсумковий результат.

Якщо ви зібралися шукати дані в мережі, то для початку дізнайтеся точне ім’я ЦП. Натисніть правою кнопкою по іконі «Мій комп’ютер» і виберіть пункт «Властивості». У графі «Система» буде пункт «Процесор», який нам, власне, потрібен. Переписуєте його назву в той же Google або Yandex і дивіться значення на сайтах. Для достовірної інформації краще вибирати офіційні портали виробника (Intel або AMD).Третій спосіб також не викликає проблем, але вимагає установки додаткового софта начебто GPU-Z, AIDA64 і інших утиліт для вивчення специфікацій каменю. Варіант для любителів розгону і скрупульозності в деталях.

підсумки

Тепер ви розумієте, що таке кеш-пам’ять, від чого залежить її обсяг, і для яких цілей використовується надшвидкий масив даних. На даний момент найбільш цікавими рішеннями на ринку в плані великого обсягу кеш-пам’яті, можна назвати пристрої AMD Ryzen 5 і 7 з їх 16 МБ L3.

Ссылка на основную публикацию