Кэш память процессора. Уровни Кэш-памяти процессора

Рассмотрим какие уровни Кэш-памяти процессора существуют, на что влияет Кэш-память и каким образом происходит обмен данными между оперативной памятью и самими процессором.

Главному вычислительному органу- процессору любого вычислительного устройства или ПК, передается информация из оперативной памяти (RAM) для выполнения определенных задач. Он обрабатывает ее, записывает результаты своей работы, и приступает к обработке следующей порции поступающей информации.

Микросхемы RAM, как знают даже неспециалисты, отличается высокой скоростью работы. Однако, быстродействие процессора в любом случае значительно выше. Однако, такой разброс по скоростям не вызывает простоя процессора. Он функционирует всегда в полную силу и это заслуга Кэша.

Она ликвидирует разброс скорости при осуществлении обмена пакетами между процессором и RAM. Пакет, который обрабатывается процессором, меньше, чем тот, который ему посылается. Кэш «перепаковывает» переданные данные, и некоторое время хранит их, как до обработки, так и после, когда они уже обработаны и передается в RAM.

Состав устройства

В состав входят, управляющей памятью контроллер и, непосредственно, сама память. Специалисты, при работе контроллера оперируют такими понятиями, как Кэш-попадание и Кэш-промах. Когда ядро процессора запрашивает у контроллера данные, то он определяет, есть такие в Кэш-памяти или их нет. Если они существуют, то это называется Кэш-попаданием. В этом случае запрашиваемые данные незамедлительно отдаются процессору. Если же ситуация обратная, то процесс получения процессором данных замедляется. Это ситуация носит название Кэш-промах. Несмотря на то, что размер Кэш-памяти очень мал, Кэш-промахи относительно редки.

Эффективность работы

Кэш — памяти зависит от разных условий:

размер Кэш-памяти и его структура;
эффективный порядок действий по определению требуемой информации, которая может быть нужна в следующий момент процессору;
ошибки контроллера могут возрастать от увеличения сложности заданий.
Конструктивно, Кэш-память, это микросхема статической памяти — SRAM. Чем больше объем чипа, тем труднее поддерживать на высоком уровне его быстродействие. Для обеспечения высокой скорости, память делают многоуровневой.

Уровни кэш памяти процессора

• первый уровень L1 – самая быстродействующая микросхема с небольшим объемом памяти. Здесь находятся данные, которые используются чаще всего. Число этих чипов равно числу ядер процессора. Ядро может обращаться только к своему чипу;
• второй уровень L2 — более медленная, но более объемная микросхема. В ней хранятся данные, вероятность в потребности которых ниже, чем у информации 1 уровня;
• третий уровень L3 — наиболее медленная и самая большая по объему память. Ею могут пользоваться все, она доступна всем ядрам процессора. Понятно, что тут хранится информация, потребность в которых наиболее низка.

Кэш-память и скорость работы

Быстродействие, вот на что влияет Кэш-память процессора. Контроллер памяти ищет данные последовательно на всех уровнях, начиная с L1. Система работает эффективно и только 1% запросов оказывается «промахом». А значит, данные будут поступать в процессор незамедлительно, что значительно убыстряет его работу.

Влияние размера памяти на производительность

На сегодняшний день увеличение Кэш-памяти на процессорах с двумя ядрами нецелесообразно из-за значительного повышения стоимости. А вот при наличии в процессорах нескольких ядер, увеличение Кэша до 15-20 МВ вполне оправдано. Существуют модели процессоров Intel Xeon, которые обладают Кэшем 37.5 МВ.

Большой Кэш эффективен при играх, архивации массивов информации, обработке видео изображений. В большом объеме этой памяти нуждаются супер компьютеры и сервера, имеющие большое количество посещений. Для них предусматривается Кэш-память L4, четвертого уровня. Она непосредственно подключается к материнской плате через специальный разъем.

Узнать размер Кэш-памяти своего процессора на домашнем компьютере можно при помощи определенного программного обеспечения, например, программы CPU-Z, которая не требует установки. Увеличение Кэш-памяти процессора для домашних компьютеров не предусмотрено.