На что влияет кэш процессора

Любой компьютер работает как компьютер, в который вводятся исходные данные и с которого требуется вывод результатов определенных расчетов. Жесткие диски (HDD) и / или твердотельные накопители (SSD), оперативная память (RAM / RAM) и кэш процессора (CPU Cache) используются для хранения входных и выходных данных).

См. Также: Как работает современный компьютерный процессор

Влияние кэша на обработку данных

Несмотря на то, что ОЗУ передает информацию от блоков к процессору и наоборот, относительно быстро, даже очень производительная ОЗУ не сможет обеспечить такую ​​скорость передачи данных, чтобы ЦП не простаивал. Чтобы минимизировать время ожидания ЦП запрошенной информации, к самому процессору была добавлена ​​сверхбыстрая или сверхбыстрая память, называемая кешем. О его структуре, назначении и влиянии и пойдет речь в этой статье.

Устройство кэша процессора

Кэш состоит из двух частей: контроллера и памяти. С памятью все просто – в ней хранится информация, необходимая для расчетов, и результаты обработки информации. Контроллер выполняет функцию процессора запросов и поиска данных, необходимых в кэш-памяти для выполнения вычислений или для передачи / приема данных в и из основной памяти.

Кэш-память процессора разделена на несколько уровней: от L1 до L3. У некоторых моделей был L4, хотя четвертый уровень, используемый в процессорах, таких как Core i7-5775C и Core i5-5675C, был исключен из-за высокой розничной стоимости.

• L2 – кеш-память второго уровня, чуть увеличенная по объему, может достигать пары мегабайт, пока уже не так быстро. Временно хранит важные данные, которые имеют более низкий приоритет для вычислений. Как и в случае с L1, каждое ядро ​​имеет свою собственную отдельную схему памяти L2.
• L3 – кеш-память третьего уровня, самая большая по объему, достигает десяти, а то и чуть больше мегабайт, но самая медленная. Он содержит данные, которые относительно маловероятно потребуются, в то время как третий уровень является общим для всех ядер, что улучшает связь между ними.
• L1 – кеш-память первого уровня, имеет минимальный объем, не превышающий несколько сотен килобайт, и максимальную скорость, позволяющую передавать информацию сразу после запроса. Каждое ядро ​​имеет свою собственную цепь L1. Информация, кэшируемая в кэше первого уровня, требуется или очень часто требуется для вычислений процессора.

Общий принцип работы кеша следующий: процессор делает запрос к контроллеру, чтобы получить данные из памяти. Контроллер, следуя сложным алгоритмам, последовательно обращается к уровням от L1 до L3 в поисках необходимой информации. Алгоритмы контроллера должны фактически предсказать, какая информация потребуется процессору для дальнейших вычислений. Если данных на L1 нет, то идет поиск по L2, а затем по L3, при этом создается соответствующая задержка, при которой CPU ожидает необходимой информации. Только когда запрошенных данных нет в кэше, происходит запрос к ОЗУ и ЦП действительно простаивает, связь между уровнями кеша не превышает десяти наносекунд, даже если поиск информации осуществляется на последнем уровне L3.

В общих чертах схему работы кеш-памяти и ее контроллера применительно к процессору и оперативной памяти можно представить следующим образом:

Как видите, между ЦП и ОЗУ есть кэш, представленный контроллером и ячейками памяти по уровням. Получение информации из любой ячейки происходит намного быстрее, чем «долгий путь» в ОЗУ.

Читайте также: Устройство современного компьютерного процессора

Влияние кэша

Строго говоря, кэш процессору не нужен. Однако в то же время пользователи сталкивались с длительным временем ожидания, прежде чем ОЗУ передаст необходимые данные в ЦП и так далее для каждого сегмента любой операции. Каждый период ожидания начинался с пары секунд и заканчивался несколькими минутами. Следовательно, кэш процессора в основном влияет на комфорт пользователя при работе с компьютером, значительно сокращая время ожидания.

Подводя итог вышесказанному, получается, что кэш влияет на производительность процессора, лишая его необходимости каждый раз запрашивать в ОЗУ одни и те же данные, сохраняя их на «соседнем» процессоре. В этом случае ЦП больше не нужно постоянно обновлять информацию для однотипных вычислений и выполняет их как можно быстрее. В этом случае процессор становится условно независимым от частоты ОЗУ, так как разница между 1066 МГц и 2400 МГц будет не в 2,25 раза, а в пределах 5% для передачи информации между ЦП и ОЗУ.

Как узнать, какой объём кэша у процессора

Если вы хотите купить процессор, то лучше посмотреть значения уровня кеша на официальном сайте производителя:

1. Пример отображения технических характеристик на сайте AMD.



2. Пример просмотра технических характеристик на сайте Intel.

Если вы хотите узнать, сколько кеша у вашего процессора, вам следует использовать системный монитор «Диспетчер задач»: необходимые значения указаны во вкладке «Производительность».

Заключение

Подводя итог, следует отметить, что кэш процессора в первую очередь влияет на его производительность и общий комфорт пользователя при работе с ПК, не заставляя пользователя просто сидеть за компьютером в течение длительного времени, ожидая, пока компоненты системы пройдут друг на друга.информация, необходимая для расчетов. В то же время кэш лишал пользователей срочной необходимости выбирать и использовать самый быстрый и, следовательно, дорогой жесткий диск или твердотельный накопитель вместе с высокочастотной оперативной памятью, чтобы минимизировать и без того большое время простоя. Таким образом, чем больше и больше сегментирован кеш (AMD однажды создала общий L1 для своей новой линейки процессоров, и они вышли с очень низкой производительностью), тем быстрее работает ЦП, что удобнее для пользователя, и наоборот около.