Pamięć podręczna L1, L2 i L3: jaka jest różnica?

Wszystkie nowoczesne procesory komputerowe wykorzystują wielopoziomowy system pamięci podręcznej, który umożliwia tymczasowe przechowywanie danych na chipie w celu szybkiego dostępu. Zrozumienie różnic między pamięcią podręczną L1, L2 i L3 może być ważne, jeśli chcesz uzyskać najlepszą wydajność następnego zakupionego procesora.

Co to jest pamięć podręczna procesora?

Pamięć podręczna procesora to rodzaj tymczasowego przechowywania danych znajdującego się w procesorze. Służy do zwiększania wydajności przetwarzania procesora przez przechowywanie małych, często żądanych bitów danych, gotowych do szybkiego dostępu. Pamięć podręczna składa się z różnych poziomów przechowywania. Poziomy te są powszechnie określane jako L1, L2, L3 i czasami L4 i różnią się lokalizacją, szybkością i rozmiarem.

Aby lepiej zrozumieć, dlaczego procesor potrzebuje własnej pamięci podręcznej, musimy przyjrzeć się rozwojowi procesorów i pamięci RAM. Różnica prędkości między procesorem a pamięcią RAM była minimalna we wczesnych komputerach. Nie było obaw, że przetwarzanie zostanie spowolnione przez pamięć. Ponieważ szybkość operacyjna procesorów centralnych rosła daleko przed szybkością pamięci RAM, zaistniała potrzeba zmniejszenia tej dysproporcji. Odpowiedzią była pamięć podręczna.

Pamięć podręczna jest zarówno niezwykle szybka, często od 10 do 100 razy szybsza niż DRAM, jak i fizycznie blisko rdzeni procesora. Nowoczesne, szybkie procesory nie są spowalniane przez konieczność żądania danych ze stosunkowo wolnej pamięci systemowej, ponieważ zamiast tego mogą pobierać dane z pamięci podręcznej.

Powodem, dla którego ten typ pamięci, znany jako SRAM, nie jest używany tylko zamiast DRAM w komputerze, jest jego koszt. Ilość pamięci podręcznej w procesorze jest stosunkowo niewielka, mierzona w kilobajtach lub megabajtach, a nie w gigabajtach, i byłaby zbyt droga do wykonania przy tych samych rozmiarach, co nowoczesne moduły RAM.

Pamięci podręcznej nie należy mylić z innymi rodzajami pamięci podręcznej powszechnie spotykanymi w komputerze. Chociaż „pamięć podręczna” może odnosić się do kilku rodzajów tymczasowej pamięci używanej do zwiększania wydajności oprogramowania lub sprzętu, pamięć podręczna jest specyficzna dla sprzętu procesora.

Co to jest pamięć podręczna L1?

Pamięć podręczna L1, czasami nazywana pamięcią podstawową, jest najmniejszym i najszybszym poziomem pamięci. Zwykle ma rozmiar 64 KB, ale każdy rdzeń procesora ma wbudowaną własną pamięć podręczną L1, więc czterordzeniowy procesor miałby łącznie 256 KB.

Jeśli spojrzysz na szczegóły pamięci w narzędziu takim jak CPU-Z, zauważysz, że pamięć podręczna L1 jest podzielona na dwa kolejne poziomy: L1-I (instrukcje) i L1-D (dane). Pamięć podręczna instrukcji L1 obsługuje informacje, które zostaną przekazane do procesora, podczas gdy pamięć podręczna danych przechowuje informacje, które mają zostać zapisane w pamięci głównej.

Pamięć podręczna poziomu 1 może przesyłać dane tak szybko lub szybciej niż maksymalna prędkość operacyjna procesora, co czyni ją niezwykle wydajną. Jeśli procesor nie znajdzie potrzebnych danych w L1, szuka ich w pamięci podręcznej L2 i L3.

Co to jest pamięć podręczna L2?

Pamięć podręczna L2 to dodatkowa pamięć podręczna, również osadzona w każdym rdzeniu procesora. Prawie zawsze ma więcej miejsca do przechowywania niż L1, ale działa z mniejszą prędkością, choć wciąż znacznie większą niż prędkość pamięci RAM.

Niektóre zaawansowane procesory mogą mieć łącznie 32 MB pamięci podręcznej L2, ale prawdopodobnie 6-12 MB to średnia. Jak wspomniano, jest to równo podzielone między wszystkie rdzenie, umożliwiając każdemu niezależny dostęp do własnej pamięci podręcznej.

Co to jest pamięć podręczna L3?

Zamiast być osadzona w każdym rdzeniu procesora, pamięć podręczna poziomu 3 działa jak współdzielona pula pamięci, do której dostęp ma cały procesor. Jest znacznie wolniejsza niż pamięć podręczna L1 i L2, być może tylko dwa razy szybsza niż pamięć RAM, ale jest największa ze wszystkich trzech poziomów pamięci.

Jeśli procesorowi nie uda się znaleźć potrzebnych danych w pamięci podręcznej, musi zamiast tego zażądać danych z wolniejszej pamięci systemowej. Nazywa się to brakiem pamięci podręcznej. Wprowadzenie pamięci podręcznej L3 zmniejszyło szanse na chybienie, a tym samym pomogło poprawić wydajność.

Po pierwszym opracowaniu pamięć podręczna L3 była często umieszczana w oddzielnym układzie scalonym na płycie głównej. Nowoczesne procesory mają teraz prawie wyłącznie pamięć podręczną L3 na pokładzie dla większej wydajności.

Pamięć podręczna L1 vs. L2 vs. L3: jakie są różnice?

Główne różnice między trzema poziomami pamięci podręcznej to rozmiar, szybkość i lokalizacja.

• Pamięć podręczna L1 ma małą pojemność, ale zwykle jest najszybszą pamięcią w każdym komputerze, nawet 100 razy szybszą niż pamięć RAM. Każdy rdzeń procesora ma własną pamięć podręczną L1, zwykle około 64 KB.
• Pamięć podręczna L2 może być kilka razy większa niż L1, ale jest tylko około 25 razy szybsza niż pamięć RAM. Podobnie jak L1, każdy rdzeń procesora ma własną pamięć podręczną L2. Każdy ma zwykle rozmiar 256-512 KB, czasem nawet 1 MB.
• Pamięć podręczna L3 ma największą pojemność, często 32 MB lub więcej, ale może być tylko dwa razy szybsza niż pamięć systemowa. Pamięć podręczna L3 jest zwykle osadzona w procesorze, ale oddzielona od rdzeni.

Czy można usunąć pamięć podręczną?

Istnieją pamięci podręczne, które można usunąć lub wyczyścić, takie jak pamięć podręczna systemu lub pamięć podręczna przeglądarki, ale nie można usunąć pamięci podręcznej procesora. Podobnie jak DRAM, SRAM jest pamięcią ulotną, co oznacza, że ​​nie zachowuje swojej zawartości przez długi czas. Gdy tylko wyłączysz komputer, wszystko w pamięci podręcznej zostanie utracone.

Ile pamięci podręcznej potrzebuję?

Podobnie jak w przypadku większości typów pamięci, im więcej pamięci podręcznej ma procesor, tym lepiej. Nie można rozbudować pamięci podręcznej, dlatego ważne jest upewnienie się, że wybrany procesor ma wystarczającą ilość dla Twoich potrzeb. To powiedziawszy, zależy to od tego, co robisz ze swoim komputerem, i nie powinieneś rozłączać się z tą jedną funkcją procesora. Szybkość zegara, liczba rdzeni i wątków oraz inne czynniki mogą wpływać na wydajność procesora.

Dobrym punktem odniesienia dla pamięci podręcznej L1 jest 64 KB na rdzeń. Możesz to obliczyć, dzieląc całkowitą kwotę przez liczbę rdzeni procesora. 256 KB pamięci podręcznej L2 na rdzeń jest całkowicie akceptowalne, ale gracze mogą chcieć poszukać 512 KB na rdzeń. Do większości zastosowań wystarczy pamięć podręczna L3 o wielkości od 32 do 96 MB.

POWIĄZANE: Podstawy procesora: czym są rdzenie, Hyper-Threading i wiele procesorów?