Kako funkcionira predmemorija CPU-a i što su L1, L2 i L3?

Računalni procesori poprilično su napredovali u posljednjih nekoliko godina, s veličinom tranzistora svake godine se smanjuje, a napredak pogađa mjesto gdje Mooreov zakon brzo postaje suvišan..

Kad se radi o procesorima, ne računaju se samo tranzistori i frekvencije, već i predmemorija.

Možda ste čuli za predmemorijsku memoriju dok se raspravlja o procesorima (centralnim procesnim jedinicama). Međutim, ne obraćamo previše pozornosti na ove brojeve niti su oni zaista glavni prioritet u reklamama ovih CPU-a.

Dakle, koliko je važna predmemorija procesora i kako radi?

Što je predmemorija procesora?

Jednostavno rečeno, predmemorija je samo stvarno brza memorija. Kao što možda znate, računalo ima više vrsta memorije u sebi. Postoji primarna pohrana, poput tvrdog diska ili SSD-a, koja pohranjuje većinu podataka - operativni sustav i sve programe.

Dalje, imamo Random Access Memory, uobičajeno poznato kao RAM. Ovo je mnogo brže od primarne pohrane.

Konačno, CPU ima još brže memorijske jedinice u sebi, koje znamo i kao predmemorija.

Memorija u računalu ima hijerarhiju koja se temelji na brzini, a predmemorija se nalazi na vrhu ove hijerarhije, koja je najbrža. Također je najbliže mjestu gdje se odvija središnja obrada, što je dio samog CPU-a.

Predmemorija je statički RAM (SRAM) u odnosu na sistemski RAM, koji je dinamički RAM (DRAM). Statička RAM memorija je koja može čuvati podatke bez potrebe da se stalno osvježava, za razliku od DRAM-a, što SRAM čini idealnim za korištenje u predmemoriji.

Kako djeluje predmemorija CPU-a?

Kao što ste možda već svjesni, program je osmišljen kao skup uputa koje bi trebao pokretati CPU. Kada pokrenete program, ove se upute moraju kretati od primarne memorije do CPU-a. Tu se pojavljuje hijerarhija memorije.

Podaci se prvo učitavaju u RAM-u, a zatim šalju u CPU. Procesni procesori ovih su dana sposobni izvoditi ogroman broj uputa u sekundi. Da bi u potpunosti iskoristio svoju snagu, CPU treba pristup super brzoj memoriji. Ovdje dolazi predmemorija.

Memorijski kontroler obavlja posao preuzimanja podataka iz RAM-a i slanja u predmemoriju. Ovisno o tome koji se CPU nalazi u vašem sustavu, ovaj kontroler može se nalaziti na North Bridge čipsetu na matičnoj ploči ili unutar samog CPU-a.

Predmemorija tada obavlja napred i napred podataka u CPU-u. Hijerarhija memorije postoji i unutar predmemorije.

(Ako vas zanima kako funkcionira sam CPU, pogledajte naš članak koji objašnjava osnove CPU-a Što je CPU i što radi? Što je CPU i što radi? Računanje akronima je zbunjujuće. Što je CPU ionako? A trebam li četverojezgreni ili dvojezgreni procesor? Šta kažete na AMD ili Intel? Ovdje smo da vam objasnimo razliku!)

Razine predmemorije: L1, L2 i L3

CPU cache podijeljen je u tri glavne 'Levels', L1, L2 i L3. Ovdje je hijerarhija opet prema brzini, a samim tim i veličini predmemorije.

L1 (Razina 1) predmemorija je najbrža memorija koja se nalazi u računalnom sustavu. U pogledu prioriteta pristupa, L1 predmemorija sadrži podatke koje će CPU najvjerojatnije trebati dok dovršava određeni zadatak.

Što se veličine tiče, L1 predmemorija obično iznosi do 256 KB. Međutim, neki stvarno moćni procesori sada uzimaju blizu 1MB. Neki čipseti poslužitelja (poput Intelovih vrhunskih Xeon procesora) sada imaju negdje između 1-2 MB L1 keša.

L1 predmemorija se također obično dijeli na dva načina, u cache uputa i cache podataka. Predmemoriranje uputa bavi se podacima o operaciji koju CPU mora izvesti, dok cache podataka sadrži podatke na kojima se operacija izvodi..

Kreditna slika: Intel

L2 (razina 2) predmemorija sporiji je od L1 predmemorije, ali veće veličine. Njegova veličina obično varira od 256KB do 8MB, iako noviji, snažni CPU obično to prolaze. L2 predmemorija sadrži podatke kojima će sljedeći proces vjerojatno pristupiti CPU. U većini modernih CPU-a L1 i L2 predmemorije su prisutne u samim procesorskim jezgramama, pri čemu svaka jezgra dobiva vlastitu predmemoriju.

L3 (razina 3) predmemorija najveća je memorija cache memorije, a ujedno i najsporija. Može se kretati između 4MB i više od 50MB. Moderni CPU-i izdvojili su prostor na CPU-u za L3 predmemoriju, a zauzima velik dio prostora.

Predmemorirani hit ili gospođica i kašnjenje

Podaci se slijevaju iz RAM-a u L3 predmemoriju, zatim L2 i na kraju L1. Kada procesor traži podatke za obavljanje neke operacije, prvo ga pokušava pronaći u L1 predmemoriji. Ako CPU uspije da ga pronađe, stanje se naziva predmemorija o predmemoriji. Potom nastavlja s pronalaženjem u L2, a potom i L3.

Ako ne pronađe podatke, pokušava im pristupiti iz glavne memorije. To se naziva pogreška iz predmemorije.

Kao što znamo, predmemorija je dizajnirana da ubrza napred i nazad informacija između glavne memorije i CPU-a. Vrijeme potrebno za pristup podacima iz memorije naziva se kašnjenje. L1 ima najnižu latenciju, najbrži je i najbliži je jezgri, a L3 ima najveći. Latencija se uvećava kad nedostaje predmemorija. To je zato što CPU mora dobiti podatke iz glavne memorije.

Kako računala postaju brža i bolja, primjećujemo smanjenje kašnjenja. Trenutno imamo DDR4 RAM s niskim latencijama i super brze SSD diskove s niskim pristupnim vremenima kao primarnom pohranom, a oba se značajno smanjuju na ukupnoj latenciji. Ako želite saznati više o tome kako RAM radi, evo našeg brzog i prljavog vodiča o RAM-u. Brzi i prljavi vodič za RAM: Što trebate znati Brzi i prljavi vodič za RAM: Što trebate znati RAM je presudna sastavni dio svakog računala, ali može biti zbunjujuće. Raščlanjujemo ga na jednostavan način shvatiti. .

Ranije su dizajnirani predmemori imali sklopke L2 i L3 izvan CPU-a, što je negativno utjecalo na kašnjenje.

Međutim, napredak u procesima izrade povezanih sa CPU tranzistorima omogućio je postavljanje milijardi tranzistora u manji prostor nego prije. Kao rezultat, preostalo je prostora za predmemoriju, koja omogućuje da predmemorija bude što bliže jezgri, značajno smanjujući latenciju.

Budućnost predmemorije

Dizajn predmemorije uvijek se razvija, pogotovo što memorija postaje jeftinija, brža i gušća. Intel i AMD imali su priličan udio eksperimentiranja s dizajnom predmemorije, a Intel je čak eksperimentirao s L4 predmemorijom. Tržište CPU-a kreće se naprijed brže nego ikad do sada.

S tim ćemo biti sigurni da će dizajn predmemorije pratiti sve veću snagu CPU-a.

Uz to, mnogo se radi na smanjenju uskih grla modernih računala. Smanjivanje latencije memorije možda je najveći najveći dio toga. Industrija radi na rješenju istog, a budućnost izgleda zaista obećavajuće.

Možda ste čak čuli za Intel Optane, koji se može koristiti kao vrsta hibridne vanjske predmemorije. Ako još niste, pogledajte naš članak koji istražuje potencijalne aplikacije Intel Optane Je li Intel Optane Memory jeftino DDR3 RAM-a? Je li memorija Intel Optane jeftina DDR3 RAM-a? Pitate se o čemu se radi u Intelovoj Optane memoriji? Je li to jeftina RAM-a ili nešto više? Evo što trebate znati. .