Jak funguje mezipaměť CPU? Co jsou mezipaměti L1, L2 a L3?

Jak funguje mezipaměť CPU? Co jsou mezipaměti L1, L2 a L3?

Počítačové procesory v posledních letech docela pokročily. Tranzistory se každým rokem zmenšují a pokroky narážejí do bodu, kdy se Moorův zákon stává nadbytečným.





Pokud jde o procesory, nepočítají se jen tranzistory a frekvence, ale také mezipaměť.





Možná jste slyšeli o mezipaměti, když se diskutuje o CPU (centrálních procesorových jednotkách). Těmto číslům paměti cache procesoru však nevěnujeme dostatečnou pozornost, ani nejsou hlavním vrcholem reklam na CPU.





Jak přesně je tedy mezipaměť CPU důležitá a jak funguje?

Co je CPU Cache Memory?

Jednoduše řečeno, mezipaměť paměti CPU je jen opravdu rychlý typ paměti. V počátcích práce na počítači byla rychlost procesoru a rychlost paměti nízká. V průběhu 80. let se ale rychlost procesoru začala zvyšovat - rychle. Tehdejší systémová paměť (RAM) si nedokázala poradit s rostoucími rychlostmi CPU ani se jim nevyrovnala, a tak se zrodil nový typ ultrarychlé paměti: CPU cache memory.



Váš počítač má nyní několik typů paměti.

Existuje primární úložiště, například pevný disk nebo SSD, které ukládá většinu dat - operační systém a programy.





Dále máme paměť s náhodným přístupem, běžně známý jako RAM . To je mnohem rychlejší než primární úložiště, ale je to pouze krátkodobé paměťové médium. Váš počítač a programy v něm využívají paměť RAM k ukládání často přístupných dat, což pomáhá udržovat akce na vašem počítači pěkné a rychlé.

A konečně, CPU má v sobě ještě rychlejší paměťové jednotky, známé jako cache paměti CPU.





Počítačová paměť má hierarchii založenou na její operační rychlosti. Mezipaměť CPU stojí na vrcholu této hierarchie a je nejrychlejší. Je také nejblíže místu, kde dochází k centrálnímu zpracování, protože je součástí samotného procesoru.

Počítačová paměť se také dodává v různých typech.

Mezipaměť je forma statické paměti RAM (SRAM), zatímco vaše běžná systémová paměť RAM je známá jako dynamická paměť RAM (DRAM). Statická paměť RAM pojme data, aniž by bylo nutné je neustále obnovovat, na rozdíl od DRAM, díky čemuž je SRAM ideální pro mezipaměť.

Jak funguje mezipaměť CPU?

Programy a aplikace ve vašem počítači jsou navrženy jako sada instrukcí, které CPU interpretuje a spouští. Když spustíte program, pokyny se dostanou z primárního úložiště (pevného disku) do procesoru. Zde vstupuje do hry hierarchie paměti.

Data se nejprve načtou do paměti RAM a poté se odešlou do CPU. CPU v dnešní době jsou schopny provádět obrovské množství instrukcí za sekundu. K plnému využití svého výkonu potřebuje CPU přístup k superrychlé paměti, kde přichází mezipaměť CPU.

Řadič paměti přebírá data z RAM a odesílá je do mezipaměti CPU. V závislosti na vašem CPU se ovladač nachází na CPU nebo čipová sada Northbridge na vaší základní desce.

Mezipaměť paměti pak provádí tam a zpět dat v CPU. Hierarchie paměti existuje také v mezipaměti CPU.

Příbuzný: Co je to CPU a co dělá?

Úrovně mezipaměti CPU: L1, L2 a L3

Paměť cache CPU je rozdělena do tří „úrovní“: L1, L2 a L3. Hierarchie paměti je opět podle rychlosti a tedy velikosti mezipaměti.

Má velikost mezipaměti CPU vliv na výkon?

Mezipaměť L1

Mezipaměť L1 (úroveň 1) je nejrychlejší paměť, která je v počítačovém systému přítomna. Pokud jde o prioritu přístupu, mezipaměť L1 obsahuje data, která CPU pravděpodobně potřebuje při plnění určitého úkolu.

Velikost mezipaměti L1 závisí na CPU. Některé špičkové spotřebitelské procesory nyní disponují 1 MB mezipaměti L1, jako Intel i9-9980XE, ale stojí to obrovské množství peněz a stále je jich málo. Některé serverové čipové sady, jako řada Intel Xeon, mají také 1 MB mezipaměti L1.

Neexistuje žádná „standardní“ velikost mezipaměti L1, takže před nákupem musíte zkontrolovat specifikace procesoru a určit přesnou velikost mezipaměti L1.

Mezipaměť L1 je obvykle rozdělena na dvě části: mezipaměť instrukcí a mezipaměť dat. Mezipaměť instrukcí se zabývá informacemi o operaci, kterou musí CPU provést, zatímco mezipaměť dat obsahuje data, na kterých má být operace provedena.

Mezipaměť L2

Mezipaměť L2 (úroveň 2) je pomalejší než mezipaměť L1, ale má větší velikost. Kde mezipaměť L1 může měřit v kilobajtech, moderní mezipaměti L2 měří v megabajtech. Například vysoce hodnocený AMD Ryzen 5 5600X od AMD má 384 kB L1 cache a 3 MB L2 cache (plus 32 MB L3 cache).

Velikost mezipaměti L2 se liší v závislosti na procesoru, ale její velikost je obvykle mezi 256 kB a 8 MB. Většina moderních procesorů zabalí více než 256 kB L2 cache a tato velikost je nyní považována za malou. Některé z nejvýkonnějších moderních procesorů mají navíc větší mezipaměť L2 přesahující 8 MB.

jak naformátovat flash disk

Pokud jde o rychlost, mezipaměť L2 zaostává za mezipamětí L1, ale stále je mnohem rychlejší než RAM vašeho systému. Mezipaměť L1 je obvykle 100krát rychlejší než vaše RAM, zatímco mezipaměť L2 je přibližně 25krát rychlejší.

Mezipaměť L3

Do mezipaměti L3 (úroveň 3). V počátcích byla mezipaměť L3 na základní desce skutečně nalezena. To bylo velmi dávno, kdy většina procesorů byla pouze jednojádrové procesory. Nyní může být mezipaměť L3 ve vašem procesoru obrovská, protože špičkové spotřební procesory disponují mezipaměti L3 až 32 MB. Některé mezipaměti serverového CPU L3 to mohou překročit a nabízejí až 64 MB.

Mezipaměť L3 je největší, ale také nejpomalejší paměťovou jednotkou. Moderní procesory obsahují mezipaměť L3 na samotném procesoru. Ale zatímco mezipaměť L1 a L2 existuje pro každé jádro na samotném čipu, mezipaměť L3 je více podobná obecné paměti, kterou může využívat celý čip.

Následující obrázek ukazuje úrovně mezipaměti CPU pro procesor Intel Core i5-3570K:

Všimněte si, jak je mezipaměť L1 rozdělena na dvě, zatímco L2 a L3 jsou větší.

Kolik CPU cache paměti potřebuji?

Je to dobrá otázka. Více je lepší, jak byste mohli očekávat. Nejnovější procesory budou přirozeně obsahovat více mezipaměti CPU než starší generace s potenciálně rychlejší mezipamětí. Jedna věc, kterou můžete udělat, je naučit se jak efektivně porovnávat CPU . Existuje spousta informací a učení, jak porovnávat a porovnávat různé CPU, vám může pomoci při správném nákupu.

Jak se data přesouvají mezi mezipamětí CPU?

Velká otázka: Jak funguje mezipaměť CPU?

Ve svých nejzákladnějších termínech data proudí z RAM do mezipaměti L3, poté L2 a nakonec L1. Když procesor hledá data k provedení operace, nejprve se je pokusí najít v mezipaměti L1. Pokud ho CPU najde, podmínka se nazývá přístup do mezipaměti. Poté pokračuje v hledání v L2 a poté L3.

Pokud procesor nenajde data v žádné z mezipaměti paměti, pokusí se k nim získat přístup z vaší systémové paměti (RAM). Když k tomu dojde, je to známé jako chyba mezipaměti.

Nyní, jak víme, je mezipaměť navržena tak, aby urychlovala tam a zpět informací mezi hlavní pamětí a CPU. Čas potřebný pro přístup k datům z paměti se nazývá „latence“.

Mezipaměť L1 má nejnižší latenci, protože je nejrychlejší a nejblíže jádru, a L3 má nejvyšší. Latence mezipaměti paměti se zvyšuje, když dojde k chybě mezipaměti, protože CPU musí načíst data ze systémové paměti.

Latence se stále snižuje, protože počítače jsou rychlejší a efektivnější. RAM s nízkou latencí DDR4 a superrychlé SSD snižují latenci, takže je celý váš systém rychlejší než kdy dříve. V tom je také důležitá rychlost vaší systémové paměti.

Budoucnost paměti cache CPU

Design paměti mezipaměti se neustále vyvíjí, zejména proto, že paměť je levnější, rychlejší a hustší. Jednou z nejnovějších novinek AMD je například Smart Access Memory a Infinity Cache, které obě zvyšují výkon počítače.

Podíl Podíl tweet E-mailem AMD vs. Intel: Jaký je nejlepší herní procesor?

Pokud stavíte herní počítač a máte problémy s procesory AMD a Intel, je načase zjistit, který procesor je pro vaši herní sestavu nejlepší.

Číst dále
Související témata
  • Technologie vysvětlena
  • Počítačová paměť
  • procesor
  • Části počítače
O autorovi Gavin Phillips(945 publikovaných článků)

Gavin je juniorský editor pro Windows a vysvětlenou technologii, pravidelný přispěvatel do Skutečně užitečného podcastu a pravidelný recenzent produktů. Má BA (Hons) Contemporary Writing with Digital Art Practices drancované z kopců Devonu, stejně jako více než deset let zkušeností s profesionálním psaním. Má rád velké množství čaje, deskových her a fotbalu.

Více od Gavina Phillipse

Přihlaste se k odběru našeho zpravodaje

Připojte se k našemu zpravodaji a získejte technické tipy, recenze, bezplatné elektronické knihy a exkluzivní nabídky!

Kliknutím sem se přihlásíte k odběru