Всеки компютър работи като компютър, в който се въвеждат първоначални данни и от който се изисква извеждането на резултатите от определени изчисления. За съхранение на входните и изходните данни се използват твърди дискове (HDD) и / или SSD (SSD), памет с произволен достъп (RAM / RAM) и кеш на процесора (CPU Cache).
Прочетете също: Как работи съвременният компютърен процесор
Въздействие на кеша върху обработката на данни
Въпреки факта, че RAM прехвърля информация от устройства към процесора и обратно, сравнително бързо, дори много продуктивната RAM няма да може да осигури такава скорост на трансфер на данни, че процесорът да не работи. За да се сведе до минимум времето, когато процесорът изчаква исканата информация, към бързото устройство на процесора е добавена супер бърза или супер бърза памет, наречена кеш. Неговата структура, предназначение и влияние ще бъдат разгледани в тази статия.
Устройство за кеш на процесора
Кешът се състои от две части: контролера и паметта. С паметта всичко е просто: тя съхранява информацията, необходима за изчисления, и резултатите от обработката на информацията. Контролерът изпълнява функцията на процесор на заявки и търсач на заявени данни в кеш паметта за извършване на изчисления или предаване / получаване на изходящи и входящи данни от основната памет.
Кеш паметта на процесора е разделена на няколко нива: от L1 до L3. Някои модели имаха L4, въпреки че четвъртото ниво, което се използваше в процесори като Core i7-5775C и Core i5-5675C, беше изоставено поради високите разходи на дребно.
- L1 - кеш памет от първо ниво, има минимален обем, който не надвишава няколкостотин килобайта, и най-висока скорост, позволяваща информация да бъде издадена веднага след заявка. Всяко ядро има своя собствена верига L1. Информацията, съхранявана в кеша от първо ниво, е необходима или най-често се изисква за изчисления на процесора.
- L2 - кеш паметта от второ ниво, малко по-голяма по обем, може да достигне няколко мегабайта, докато вече не е толкова бърза. Временно съхранява важни данни, които са с по-нисък приоритет за изчисления. Както при L1, всяко ядро има свое отделно оформление на паметта L2.
- L3 - кеш паметта от третото ниво, най-голямото по обем, достига десет и дори малко повече мегабайта, но при това най-бавното. Съдържа данни, които е сравнително малко вероятно да бъдат поискани, докато третото ниво е общо за всички ядра, което подобрява комуникацията между тях.
Общият принцип на кеша е следният: процесорът отправя заявка до контролера за получаване на някои данни от паметта. Контролерът, следвайки сложни алгоритми, осъществява последователен достъп до нивата, т.е. от L1 до L3, в търсене на необходимата информация. Алгоритмите на контролера всъщност трябва да предскажат каква информация ще е необходима на процесора за по-нататъшни изчисления. Ако няма данни за L1, тогава има търсене по L2 и след това по L3, докато се създава съответно закъснение, при което процесорът изчаква необходимата информация. Само когато заявените данни не са в кеш паметта, възниква заявка към RAM и процесорът наистина е в неактивност, комуникацията между нивата на кеша не надвишава десет наносекунди, дори ако информацията се търси на последното ниво L3.
Най-общо схемата на кеш паметта и нейния контролер по отношение на процесора и RAM може да бъде изобразена по следния начин:
Както можете да видите, има кеш между CPU и RAM, представен от контролера и клетките на паметта по нива. Получаването на информация от всяка клетка е много по-бързо от „дългия път“ към RAM.
Прочетете също: Модерно компютърно процесорно устройство
Въздействие на кеша
Строго погледнато, процесорът не се нуждае от кеш. В същото време обаче потребителите са изправени пред дълго време на изчакване, докато RAM прехвърля необходимите данни към процесора и така нататък за всеки сегмент от всяка операция.Всеки период на изчакване започваше от няколко секунди и завършваше с няколко минути. Така че кешът на процесора засяга преди всичко комфорта на потребителя по време на работа с компютъра, като значително намалява времето за изчакване.
Обобщавайки горното, се оказва, че кешът влияе на производителността на процесора, лишавайки го от необходимостта да прави заявка към RAM за едни и същи данни всеки път, като я съхранява в CPU „наблизо“. В този случай централният процесор вече не трябва постоянно да актуализира информация за един и същи тип изчисления и ги прави възможно най-бързо. В този случай процесорът става условно независим от честотата на RAM, тъй като разликата между 1066 MHz и 2400 MHz няма да бъде 2,25 пъти, а в рамките на 5% за прехвърляне на информация между процесора и RAM.
Как да разберете колко кеш има процесорът
В случай, че искате да закупите процесор, най-добре би било да видите стойностите на нивата на кеша на официалния уебсайт на производителя:
- Пример за показване на технически спецификации на уебсайта на AMD.
- Пример за показване на технически спецификации на уебсайта на Intel.
Отидете на официалния сайт на AMD
Отидете на официалния сайт на Intel
Ако искате да знаете колко кеш има вашият процесор, трябва да използвате системния монитор "Диспечер на задачите" - необходимите стойности са посочени в раздела "Производителност".
Заключение
Трябва да се обобщи, че кешът на процесора има основен ефект върху неговата производителност и общия комфорт на потребителя при работа с компютър, без да принуждава потребителя просто да седи дълго време на компютъра, в очакване на системните компоненти да предадат необходимата информация един на друг за изчисления. В същото време кешът е лишил потребителите от спешната нужда да избират и използват най-бързия и следователно скъп HDD или SSD, заедно с високочестотна RAM, за да минимизират и без това големите престои. Така че колкото по-голям и по-сегментиран кеш (AMD веднъж направи общ L1 за новата си линия процесори и те излязоха с много ниска производителност), толкова по-бързо работи процесорът, което е по-удобно за потребителя и обратно.