Cache L1, L2 și L3: Care este diferența?

Procesoarele moderne de computere folosesc toate un sistem de memorie cache pe mai multe niveluri care permite stocarea temporară a datelor pe cip pentru acces rapid. Înțelegerea diferențelor dintre memoria cache L1, L2 și L3 poate fi importantă dacă doriți cea mai bună performanță de la următorul procesor pe care îl cumpărați.

Ce este memoria cache a procesorului?

Memoria cache a CPU este un tip de stocare temporară a datelor situată pe procesor. Este folosit pentru a crește eficiența de procesare a procesorului prin păstrarea unor biți de date mici, adesea solicitați, gata pentru a fi accesați la viteză mare. Memoria cache este compusă din diferite niveluri de stocare. Aceste niveluri sunt denumite în mod obișnuit L1, L2, L3 și ocazional L4 și variază în funcție de locație, viteză și dimensiune.

Pentru a înțelege mai bine de ce procesorul are nevoie de propriul cache de memorie, trebuie să ne uităm la dezvoltarea procesoarelor și a memoriei RAM. Diferența de viteză dintre procesor și RAM era minimă la primele computere. Nu exista nicio îngrijorare că procesarea va fi încetinită de memorie. Pe măsură ce viteza de operare a procesoarelor centrale a crescut cu mult înaintea vitezei RAM, a fost nevoie să se reducă cumva această disparitate. Răspunsul a fost memoria cache.

Memoria cache este atât extrem de rapidă, adesea între 10 și 100 de ori mai rapidă decât DRAM, și aproape fizic de nucleele procesorului. Procesoarele moderne și rapide nu sunt încetinite din cauza faptului că trebuie să facă cereri de date din memoria de sistem relativ lentă, deoarece pot obține în schimb datele din cache.

Motivul pentru care acest tip de memorie, cunoscut sub numele de SRAM, nu este folosit doar în locul DRAM-ului într-un computer se reduce la costul său. Cantitatea de memorie cache de pe un procesor este relativ mică, măsurată în kiloocteți sau megaocteți, mai degrabă decât în ​​gigaocteți, și ar fi prohibitiv de costisitor de realizat la aceleași dimensiuni ca modulele RAM moderne.

Memoria cache nu trebuie confundată cu alte tipuri de cache întâlnite în mod obișnuit pe computer. Deși „cache” se poate referi la mai multe tipuri de stocare temporară a memoriei utilizate pentru a crește eficiența software-ului sau a hardware-ului, memoria cache este specifică hardware-ului procesorului.

Ce este L1 Cache?

Cache-ul L1, uneori numit cache primar, este cel mai mic și mai rapid nivel de memorie. În mod obișnuit, are o dimensiune de 64 KB, dar fiecare nucleu al procesorului are propriul cache L1 încorporat, astfel încât un procesor quad-core ar avea un total de 256 KB.

Dacă vă uitați la detaliile memoriei într-un instrument precum CPU-Z, veți observa că memoria cache L1 este împărțită în două niveluri suplimentare: L1-I (instrucțiuni) și L1-D (date). Cache-ul de instrucțiuni L1 gestionează informațiile care vor fi transmise procesorului, în timp ce memoria cache de date conține informații care urmează să fie scrise în memoria principală.

Cache-ul de nivel 1 poate transfera date la fel de rapid sau mai rapid decât viteza maximă de operare a procesorului, făcându-l extrem de eficient. Dacă procesorul nu reușește să găsească datele necesare în L1, le caută în memoria cache L2 și L3.

Ce este L2 Cache?

Cache-ul L2 este o memorie cache secundară, de asemenea încorporată în fiecare nucleu individual al procesorului. Are aproape întotdeauna mai mult spațiu de stocare decât L1, dar funcționează la o viteză mai mică, deși totuși mult mai rapidă decât viteza RAM.

Unele procesoare high-end ar putea avea un total de 32 MB de cache L2, dar 6-12 MB este probabil media. După cum am menționat, acesta este împărțit în mod egal între toate nucleele, permițând fiecăruia să-și acceseze propriul cache în mod independent.

Ce este L3 Cache?

În loc să fie încorporat în fiecare nucleu al procesorului, memoria cache de nivel 3 acționează ca un pool de stocare partajat pe care îl poate accesa întregul procesor. Este mult mai lent decât memoria cache L1 și L2, poate doar de două ori mai rapid decât RAM, dar este cel mai mare dintre toate cele trei niveluri de memorie.

Dacă CPU nu reușește să găsească datele de care are nevoie în memoria cache, trebuie în schimb să solicite datele din memoria de sistem mai lentă. Aceasta se numește o pierdere de cache. Introducerea cache-ului L3 a redus șansele de ratare și, prin urmare, a contribuit la îmbunătățirea performanței.

Când a fost dezvoltat pentru prima dată, memoria cache L3 a fost adesea localizată într-un cip separat de pe placa de bază. Procesoarele moderne au acum aproape exclusiv memoria cache L3 la bord pentru o eficiență mai mare.

Cache L1 vs. L2 vs. L3: Care sunt diferențele?

Principalele diferențe dintre cele trei niveluri de memorie cache sunt dimensiunea, viteza și locul în care se află.

• Cache-ul L1 are o capacitate de stocare redusă, dar este de obicei cea mai rapidă memorie din orice computer, de până la 100 de ori mai rapidă decât RAM. Fiecare nucleu de procesor are propriul cache L1, de obicei aproximativ 64KB.
• Cache-ul L2 poate fi de câteva ori mai mare decât L1, dar este doar de aproximativ 25 de ori mai rapid decât RAM. La fel ca L1, fiecare nucleu de procesor are propriul cache L2. Fiecare este de obicei 256-512KB, uneori chiar și 1MB.
• Cache-ul L3 are cea mai mare capacitate de stocare, adesea 32 MB sau mai mult, dar ar putea fi doar de două ori mai rapidă decât memoria de sistem. Cache-ul L3 este de obicei încorporat în procesor, dar separat de nuclee.

Poate fi ștearsă memoria cache?

Există cache-uri de memorie care pot fi șterse sau șterse, cum ar fi cache-ul de sistem sau cache-ul browserului, dar nu puteți șterge memoria cache a procesorului. La fel ca DRAM, SRAM este o memorie volatilă, ceea ce înseamnă că nu își păstrează conținutul pe termen lung. De îndată ce opriți computerul, totul din memoria cache se pierde.

De câtă memorie cache am nevoie?

Ca și în cazul majorității tipurilor de memorie, cu cât un procesor are mai mult cache, cu atât mai bine. Nu puteți actualiza memoria cache, așa că este important să vă asigurați că procesorul pe care îl alegeți are suficient pentru nevoile dvs. Acestea fiind spuse, depinde de ceea ce faci cu computerul tău și nu ar trebui să te agăți de această funcție a procesorului. Vitezele de ceas, numărul de nuclee și fire și alți factori pot afecta performanța procesorului.

O bază bună pentru memoria cache L1 este de 64 KB per nucleu. Puteți înțelege acest lucru împărțind suma totală la numărul de nuclee din CPU. 256KB de cache L2 per nucleu este perfect acceptabil, dar jucătorii ar putea dori să caute 512KB per nucleu. Și orice între 32 și 96 MB de cache L3 este bine pentru majoritatea scopurilor.

LEGATE: Bazele procesorului: Ce sunt nucleele, Hyper-Threading și CPU-urile multiple?