Размер кэш памяти процессора

Размер кэш памяти процессора

Одним из немаловажных факторов повышающих производительность процессора, является наличие кэш-памяти, а точнее её объём, скорость доступа и распределение по уровням.

Уже достаточно давно практически все процессоры оснащаются данным типом памяти, что ещё раз доказывает полезность её наличия. В данной статье, мы поговорим о структуре, уровнях и практическом назначении кэш-памяти, как об очень немаловажной характеристике процессора .

Что такое кэш-память и её структура

Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.

Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память . Это тянет за собой множество трудностей в производстве, а также ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры.

Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.

Для чего нужна кэш-память процессора?

Как уже упоминалось выше, главное назначение кэш-памяти – это хранение данных, которые часто используются процессором. Кэш является буфером, в который загружаются данные, и, несмотря на его небольшой объём, (около 4-16 Мбайт) в современных процессорах , он дает значительный прирост производительности в любых приложениях.

Чтобы лучше понять необходимость кэш-памяти, давайте представим себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная память будет являть собою шкаф с папками, к которым периодически обращается бухгалтер, чтобы извлечь большие блоки данных (то есть папки). А стол, будет являться кэш-памятью.

Есть такие элементы, которые размещены на столе бухгалтера, к которым он обращается в течение часа по несколько раз. Например, это могут быть номера телефонов, какие-то примеры документов. Данные виды информации находятся прямо на столе, что, в свою очередь,увеличивает скорость доступа к ним.

Точно так же, данные могут добавиться из тех больших блоков данных (папок), на стол, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф (в оперативную память), тем самым очищая стол (кэш-память) и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.

Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, к которым вероятнее всего будет повторное обращение, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано «после». Вот такие непростые принципы функционирования.

Уровни кэш-памяти процессора

Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней. Конечно же, бывают и исключения, но зачастую это именно так.

В общем, могут быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому из них:

Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.

Мы будем рассматривать объёмы на процессоре высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)

Кэш второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.

Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.

Читайте также:  Как подключить микрофон через звуковую карту

Всем доброго времени суток. Сегодня мы постараемся растолковать вам такое понятие как кэш. Кэш память процессора – это сверхбыстрый массив обработки данных, скорость которого превышает показатели стандартной ОЗУ раз так в 16–17, если речь идет о DDR4.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

Именно объем кэш-памяти позволяет ЦП работать на предельных скоростях, не дожидаясь, пока оперативная память обработает какие-либо данные и не отправит результаты готовых вычислений чипу для дальнейшей их обработки. Аналогичный принцип прослеживается в HDD, только там используется буфер на 8–128 МБ. Другое дело, что скорости гораздо ниже, но процесс работы аналогичен.

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Что такое кэш процессора?

Как вообще происходит процесс вычислений? Все данные хранятся в оперативной памяти, которая предназначена для временного хранения важной пользовательской и системной информации. Процессор выбирает для себя определенное количество задач, которые загоняются в сверхбыстрый блок, именуемый кэш-памятью, и начинает заниматься своими прямыми обязанностями.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

Результаты вычислений снова отправляются в ОЗУ, но уже в гораздо меньшем количестве (вместо тысячи значений на выходе получаем куда меньше), а на обработку берется новый массив. И так до тех пор, пока работа не будет сделана.

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

Скорость работы определяется эффективностью оперативной памяти. Но ни один современный модуль DDR4, включая оверклокерские решения с частотами под 4000 МГц, и рядом не стоял с возможностями самого чахлого процессора с его «медленным» КЭШем.

Все потому, что скорость работы ЦП превышает показатели работы ОЗУ в среднем раз в 15, а то и выше. И не смотрите только на параметры частоты, помимо них отличий хватает.В теории получается, что даже сверхмощные Intel Xeon и AMD Epyc вынуждены простаивать, но по факту оба серверных чипа работают на пределе возможностей. А все потому, что они набирают необходимое количество данных по величине кэша (вплоть до 60 и более МБ) и моментально обрабатывают данные. ОЗУ служит в качестве некоего склада, откуда черпаются массивы для вычислений. Эффективность вычислений компьютера возрастает и все довольны.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Краткий экскурс в историю

Первые упоминания о кэш-памяти датированы концом 80‑х годов. До этого времени скорость работы процессора и памяти были приблизительно одинаковой. Стремительное развитие чипов требовало придумать какой-нибудь «костыль», чтобы повысить уровень быстродействия ОЗУ, однако использовать сверхбыстрые чипы было очень затратно, а потому решились обойтись более экономичным вариантом – внедрением скоростного массива памяти в ЦП.

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

Впервые модуль кэш-памяти появился в Intel 80386. В то время задержки при работе DRAM колебались в пределах 120 наносекунд, в то время как более современный модуль SRAM сокращал время задержек до внушительных по тем временам 10 наносекунд. Примерная картина более наглядно продемонстрирована в противостоянии HDD против SSD.

p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

Изначально кэш-память распаивалась прямиком на материнских платах, ввиду уровня техпроцесса того времени. Начиная с Intel 80486 8 кб памяти было внедрено непосредственно в кристалл процессора, что дополнительно увеличивало производительность и снижало площадь кристалла.

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

Данная технология расположения оставалась актуальной лишь до выхода Pentium MMX, после чего SRAM-память была заменена более прогрессивной SDRAM. Да и процессоры стали гораздо меньше, а потому надобность во внешних схемах отпала.

p, blockquote 10,1,0,0,0 —>

Уровни кэш-памяти

На маркировке современных ЦП, помимо тактовой частоты и количества потоков, можно встретить такое понятие как размер кэша 1,2 и 3 уровней. Как он определяется и на что влияет? Давайте разбираться простым языком.

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

  • Кэш первого уровня (L1) – самая важная и быстрая микросхема в архитектуре ЦП. Один процессор может вместить количество модулей, равных числу ядер. Примечательно, что микросхема может хранить в памяти самые востребованные и важные данные только со своего ядра. Объем массива зачастую ограничен показателем в 32–64 КБ.
  • Кэш второго уровня (L2) – падение скорости компенсируется увеличением объема буфера, который доходит до 256, а то и 512 КБ. Принцип действия такой же, как и у L1, а вот частота запроса к памяти ниже, ввиду хранения в ней менее приоритетных данных.
  • Кэш третьего уровня (L3) – самый медленный и объемный раздел среди всех перечисленных. И все равно этот массив гораздо быстрее оперативной памяти. Размер может достигать 20, и даже 60 МБ, если речь касается серверных чипов. Польза от массива огромна: он является ключевым звеном обмена данными между всеми ядрами системы. Без L3 все элементы чипа были бы разрознены.
Читайте также:  Как пользоваться вайбером в китае

В продаже можно встретить как двух- так и трехуровневую структуру памяти. Какая из них лучше? Если вы используете процессор лишь для офисных программ и казуальных игр, то никакой разницы не почувствуете. Если же система собирается с прицелом под сложные 3D-игры, архивацию, рендеринг и работу с графикой, то прирост в некоторых случаях будет колебаться от 5 до 10%.Кэш третьего уровня оправдан лишь в том случае, если вы намерены регулярно работать с многопоточными приложениями, требующими регулярные сложные расчеты. По этой причине в серверных моделях нередко используют кэш L3 больших объемов. Хотя бывают случаи, что и этого не хватает, а потому приходится дополнительно ставить так называемые модули L4, которые выглядят как отдельная микросхема, подключаемая к материнской плате.

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Как узнать количество уровней и размер кэша на своем процессоре?

Начнем с того, что сделать это можно 3 способами:

p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

  • через командную строку (только кэш L2 и L3);
  • путем поиска спецификаций в интернете;
  • с помощью сторонних утилит.

Если взять за основу тот факт, что у большинства процессоров L1 составляет 32 КБ, а L2 и L3 могут колебаться в широких пределах, последние 2 значения нам и нужны. Для их поиска открываем командную строку через «Пуск» (вводим значение «cmd» через строку поиска).

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

Далее необходимо прописать значение «wmic cpu get L2CacheSize, L3CacheSize».

p, blockquote 15,0,0,1,0 —>

Система покажет подозрительно большое значение для L2. Необходимо поделить его на количество ядер процессора и узнать итоговый результат.

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

Если вы собрались искать данные в сети, то для начала узнайте точное имя ЦП. Нажмите правой кнопкой по иконке «Мой компьютер» и выберите пункт «Свойства». В графе «Система» будет пункт «Процессор», который нам, собственно, нужен. Переписываете его название в тот же Google или Yandex и смотрите значение на сайтах. Для достоверной информации лучше выбирать официальные порталы производителя (Intel или AMD).Третий способ также не вызывает проблем, но требует установки дополнительного софта вроде GPU‑Z, AIDA64 и прочих утилит для изучения спецификаций камня. Вариант для любителей разгона и копошения в деталях.

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

Итоги

Теперь вы понимаете, что такое кэш-память, от чего зависит ее объем, и для каких целей используется сверхбыстрый массив данных. На данный момент наиболее интересными решениями на рынке в плане большого объема кэш-памяти, можно назвать устройства AMD Ryzen 5 и 7 с их 16 МБ L3.

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

В следующих статьях осветим такие темы как коэффициент умножения процессоров, пользу от встроенных графических чипов и не только. Следите за свежими публикациями и оставайтесь с нами. До новых встреч, пока.

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

p, blockquote 20,0,0,0,0 —> p, blockquote 21,0,0,0,1 —>

Скорость работы компьютера не целиком зависит от тактовой частоты процессора. Дело в том, что все остальные устройства в компьютере работают медленнее процессора, поэтому процессору иногда приходится ждать, пока выполнится операция с тем или иным устройством.

Одним из таких устройств является оперативная память. Оперативная память работает в несколько раз медленнее процессора, поэтому многочисленные обращения к оперативной памяти могут свести на нет весь выигрыш от высокой тактовой частоты процессора. Для того, чтобы решить эту проблему, в процессоре находится так называемая кэш-память или просто кэш. Название произошло от английского слова cache, которое переводится как «запас». Каждый раз, когда процессор считывает данные из оперативной памяти, он помещает их в кэш-память. Если вскоре опять понадобятся те же данные, процессору не придется обращаться к памяти, вместо этого он возьмет их из кэш-памяти. Кэш не может полностью заменить оперативную память, так как он имеет значительно меньший объем. Когда в кэше не хватает места для записи новых данных, из него стираются наиболее ненужные данные, то есть те, которые дольше всех не использовались.

Читайте также:  Фотострана войти на мою страницу

Вообще, современные процессоры имеют два кэша – кэш первого уровня меньше, но быстрее, кэш второго уровня чуть медленнее, но гораздо больше. Обычно в прайс-листах указывается размер кэша второго уровня. В современных процессорах его объем бывает 128, 256, 512 килобайт и 1 мегабайт. Чем больше размер кэша, тем больше информации может запасти процессор и тем меньше задержки при повторном обращении к информации из оперативной памяти. Однако, кэш-память является очень дорогостоящей, поэтому производители процессоров зачастую выпускают удешевленные модели процессоров с сокращенным объемом кэш-памяти.

Расширенные наборы команд

Желая одержать верх в жестокой конкурентной борьбе, производители процессоров создают расширенные наборы команд, с целью привлечь потребителей.

В свое время компания Intel разработала набор инструкций MMX, который первоначально предназначался для расширения математических возможностей компьютера, но оказалось, что эти инструкции прекрасно подходят для ускорения работы мультимедийных приложений.

Позже, компания AMD разработала набор дополнительных инструкций 3DNow!, которые позволяют увеличить скорость работы процессора с трехмерной графикой.

Винчестер

объем диска: 10 – 120 Гб;

интерфейс: IDE, SCSI;

производитель: Western Digital, Maxtor, Seagate, IBM, Quantum, Samsung, Fujitsu;

скорость вращения дисков: 5400, 7200, 10000 об/мин;

размер кэш-буфера: 2-8 Мб;

диаметр дисков: 1.8, 2.5, 3.14, 5.25 дюймов.

Несомненно, что при обилии предложения такой высокотехнологичной продукции, как накопители на жестких дисках, неквалифицированному пользователю бывает трудно сделать свой выбор. Это усугубляется еще и тем, что неправильный выбор комплектующих в другой части ПК, например, видеоадаптера, или даже материнской платы, в худшем случае будет выражаться в потраченных зря средствах, суммой, равной стоимости комплектующих. В случае же внезапного отказа жесткого диска, потери предприятия или частного пользователя, как правило, заключаются не только в сумме, необходимой для приобретения нового накопителя или ремонта старого. Часто это лишь крохи по сравнению со стоимостью восстановления данных и программ, хранившихся на устройстве. Поэтому, к выбору накопителя на ЖД следует относиться с особой внимательностью и ответственностью и ни в коем случае не следует экономить на таком оборудовании.

Объем винчестера во многом зависит от количества поверхностей и цилиндров (дорожек). Количество поверхностей определяет количество физических дисков, нанизанных на шпиндель. Выпускаются накопители с числом поверхностей от 1 до 8 и более. Принципиально, число поверхностей прямо определяет физический объем накопителя и скорость обработки операций на одном цилиндре. Так как операции на поверхностях цилиндра выполняются всеми головками синхронно, то теоретически, при равных всех остальных условиях, более быстрыми окажутся накопители с большим числом поверхностей. Число цилиндров определяет количество дорожек на каждом диске. Эти числа определяются типом модели и производителем устройства, поэтому физический объем жестких дисков определен изначально и состоит из объема, занятого служебной информацией (разметка диска на дорожки и сектора) и объема, доступного пользовательским данным.

Для оптимального использования поверхности дисков применяется так называемая зонная запись, принцип которой состоит в том, что на внешних дорожках, имеющих большую длину (а, следовательно, и потенциальную информационную емкость на единицу площади), информация записывается с большей плотностью, чем на внутренних. Таких зон с постоянной плотностью записи в пределах всей поверхности образуется до десятка и более; соответственно, скорость чтения и записи на внешних зонах выше, чем на внутренних. Благодаря этому файлы, расположенные на дорожках с большим диаметром, в целом будут обрабатываться быстрее файлов, расположенных на дорожках с меньшим диаметром, т.к. для них будет производиться меньшее число позиционирований с дорожки на дорожку.

Зачастую производители накопителей указывают объемы дисков в миллионах байт, предполагая, исходя из десятичной системы счисления, что в одном гигабайте 1 000 000 000 байт. Однако на самом деле в гигабайте 1024х1024х1024=1 073 741 824 байт, т.е. немного больше. В результате такого различия, реальный объем винчестера может быть немного меньше, чем указанный производителем.

Следует также заметить, что стоимость винчестера далеко не всегда пропорциональна его объему. Иногда винчестер, имеющий вдвое больший объем, может стоить всего на 10-20% дороже.

Ссылка на основную публикацию
Пропала английская раскладка на андроид
Как переключить язык ввода (клавиатуры) на смартфоне либо планшете Android. Каких только вопросов и проблем не возникает во время эксплуатации...
Программа для просмотра xml файлов из росреестра
Вы сомневаетесь, правильно ли сделан межевой план? Загрузите файл, и веб-сервис проведет форматно-логический контроль XML-файла. Вы можете проверить любой файл,...
Программа для прошивки spd
SPD Upgrade Tool (SpreadTrum Flash Tool) is a small application for Windows Computer, which allows you to flash or install...
Пропала другие экспресс панели
Современным пользователям сети Интернет приходится ежедневно посещать десятки различных вебсайтов. Для удобства и увеличения продуктивности работы в онлайне разработчики браузеров...
Adblock detector