О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность Моноблоки

Всем привет! Сегодня рассмотрим, что такое кэш в компьютере, для чего нужна кэш память и виды кэша в ПК.

Доброго времени суток уважаемые гости блога! Сегодня обсудим, на что влияет объем кэш памяти процессора, где применяется эта технология, где находится в CPU и можно ли его увеличить.

Производители процессоров любят щеголять большими объемами кэша L3, вот только то, почему этот параметр так важен, ясно далеко не всем пользователям.

Если вы хотите разобраться, для чего нужна и как работает кэш-память процессора, что означают уровни L1, L2, L3, и как объем кэша влияет на быстродействие системы, то эта статья для вас.

Кэш-память играет важную роль. Без нее от высокой тактовой частоты процессора не было бы никакого проку. Кэш позволяет использовать в компьютере любую, даже самую «медленную» оперативную память, без ощутимого ущерба для его производительности.

О том, что такое кэш-память процессора, как она работает и какое влияние оказывает на быстродействие компьютера, читатель узнает из этой статьи.

Всем доброго времени суток. Сегодня мы постараемся растолковать вам такое понятие как кэш. Кэш память процессора – это сверхбыстрый массив обработки данных, скорость которого превышает показатели стандартной ОЗУ раз так в 16-17, если речь идет о DDR4.

Именно объем кэш-памяти позволяет ЦП работать на предельных скоростях, не дожидаясь, пока оперативная память обработает какие-либо данные и не отправит результаты готовых вычислений чипу для дальнейшей их обработки. Аналогичный принцип прослеживается в HDD, только там используется буфер на 8-128 МБ. Другое дело, что скорости гораздо ниже, но процесс работы аналогичен.

Содержание
  1. Что это такое
  2. Что такое кэш процессора?
  3. Что такое кэш-память процессора
  4. Контроллер кэша
  5. Кэш жесткого диска
  6. Уровни кэш-памяти
  7. Наглядное сравнение скорости кэш памяти процессора
  8. Как узнать количество уровней и размер кэша на своем процессоре?
  9. Как объем кэш-памяти влияет на производительность
  10. Уровни кэш памяти процессора
  11. Кэш память 1 уровня
  12. Кэш память 2 уровня
  13. Кэш память 3 уровня
  14. Где в компьютере находится кэш память
  15. Устройство кэш-памяти процессора
  16. Контроллер кэш памяти
  17. Можно ли увеличить размер кэш-памяти процессора?
  18. Кэш графического ускорителя
  19. Краткий экскурс в историю
  20. Функция кэш памяти процессора
  21. Влияние на производительность системы
  22. Когда нужно больше кэша?
  23. Как узнать объем кеша и как его увеличить
  24. Устройство кэш памяти процессора
  25. Контроллер кэш-памяти
  26. Строение кэш-памяти
  27. Влияние кэш-памяти процессора на быстродействие компьютера
  28. Какая структура кэш-памяти лучше
  29. Как влияет размер кэша на производительность процессора?
  30. Как узнать размер кэш-памяти процессора?
  31. Можно ли как-то увеличить кэш-память процессора?
  32. Сверхпамять
  33. Рекомендации по выбору кэша
  34. Итоги

Что это такое

При выполнении любых вычислений (даже в режиме простоя компьютера, когда работают только системные службы) данные для обработки ЦП получает из оперативной памяти. Информация поступает небольшими блоками, после чего записывается промежуточный результат.

По характеристикам, а точнее скорости работы, самый медленный процессор многократно превосходит ОЗУ. В среднем, он шустрее в 15 раз. Добавьте сюда системную шину, которая может еще больше замедлять обработку данных. Получается совсем некрасивая картина: в таком режиме КПД системы слишком низок.

Хотя назначение MB — связать между собой все компоненты компа, часто рациональнее использовать дополнительную «Приблуду», которая возьмет на себя часть несвойственных функций.

Именно к таким технологиям относится кэш, который еще называют сверхоперативной памятью. Реализован он в виде отдельных микросхем типа SRAM. Благодаря такой особенности все промежуточные данные перезаписываются максимально быстро. Это благоприятно влияет на производительность работы в целом.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Главная задача кэша — выравнивание дисбаланса скорости передачи данных. Он имеет небольшой объем, так как промежуточные данные сами по себе в памяти много места не занимают.

Что такое кэш процессора?

Как вообще происходит процесс вычислений? Все данные хранятся в оперативной памяти, которая предназначена для временного хранения важной пользовательской и системной информации. Процессор выбирает для себя определенное количество задач, которые загоняются в сверхбыстрый блок, именуемый кэш-памятью, и начинает заниматься своими прямыми обязанностями.

Результаты вычислений снова отправляются в ОЗУ, но уже в гораздо меньшем количестве (вместо тысячи значений на выходе получаем куда меньше), а на обработку берется новый массив. И так до тех пор, пока работа не будет сделана.

Скорость работы определяется эффективностью оперативной памяти. Но ни один современный модуль DDR4, включая оверклокерские решения с частотами под 4000 МГц, и рядом не стоял с возможностями самого чахлого процессора с его «медленным» КЭШем.

Все потому, что скорость работы ЦП превышает показатели работы ОЗУ в среднем раз в 15, а то и выше. И не смотрите только на параметры частоты, помимо них отличий хватает.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

В теории получается, что даже сверхмощные Intel Xeon и AMD Epyc вынуждены простаивать, но по факту оба серверных чипа работают на пределе возможностей. А все потому, что они набирают необходимое количество данных по величине кэша (вплоть до 60 и более МБ) и моментально обрабатывают данные. ОЗУ служит в качестве некоего склада, откуда черпаются массивы для вычислений. Эффективность вычислений компьютера возрастает и все довольны.

Что такое кэш-память процессора

Решая любую задачу, процессор компьютера получает из оперативной памяти необходимые блоки информации. Обработав их, он записывает в память результаты вычислений и получает для обработки следующие блоки. Это продолжается, пока задача не будет выполнена.

Все упомянутые операции производятся на очень высокой скорости. Однако, даже самая быстрая оперативная память работает медленнее любого «неторопливого» процессора. Каждое считывание из нее информации и обратная ее запись отнимают много времени. В среднем, скорость работы оперативной памяти в 16 – 17 раз ниже скорости процессора.

Не смотря на такой дисбаланс, процессор не простаивает и не ожидает каждый раз, когда оперативная память «выдает» или «принимает» данные. Он почти всегда работает на максимальной скорости. И все благодаря наличию у него кэш-памяти.

Кэш-память процессора – это небольшая, но очень быстрая память. Она встроена в процессор и является своеобразным буфером, сглаживающим перебои в обмене данными с более медленной оперативной памятью. Кэш-память часто называют сверхоперативной памятью.

Кэш нужен не только для выравнивания дисбаланса скорости. Процессор обрабатывает данные более мелкими порциями, чем те, в которых они хранятся в оперативной памяти. Поэтому кэш-память играет еще и роль своеобразного места для «перепаковки» и временного хранения информации перед ее передачей процессору, а также возвращением результатов обработки в оперативную память.

Кэш и три подхода.

Можно создавать сколь угодно быстрые транзисторы, но пересылку данных в память и обратно никто отменить не в состоянии. Использование кэш-памяти в составе процессора для ускорения обмена данными с ядром (ядрами) стало прорывом для ускорения вычислений. Но разве есть предел для совершенства? Как считают разработчики из Массачусетского Технологического и Университета Коннектикута, улучшить можно всё. Даже давно привычные алгоритмы работы с кэш-памятью.

Большинство современных процессорных архитектур использует иерархическую структуру кэш-памяти (от собственной для каждого ядра до разделяемой) и пространственно-временной принцип кэширования. Последнее в общем случае означает, что при обращении к данным в оперативной памяти следующее обращение будет к близлежащей области в ОЗУ, как остаётся высокая вероятность повторного обращения к запрашиваемым данным. Однако объём «персонального» кэш-буфера сильно ограничен, и в случае его заполнения данные необходимо сбрасывать в основную память. Всё это требует времени и затрат энергии. Разработчики считают, что если внести в эти механизмы новые алгоритмы, то работу с кэш-памятью можно ускорить на 15% при снижении потребления на операции с кэш-памятью до 25%.

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

Перед началом основной беседы о важности объема кэш-памяти у процессоров остановлюсь на криптовалюте Raptoreum, которая, собственно, и подтолкнула меня написать этот блог. Кто хочет узнать, что ожидает всех майнеров и геймеров в следующем году, когда появятся видеокарты на рынке, вероятный прогноз развития событий можно найти здесь.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

А теперь о Raptoreum. Важно! Не поддавайтесь на провокации, относительно этой криптовалюты, которая добывается на мощностях кэш-памяти центральных процессоров! Чем больше кэш-память второго и любого последующего уровня (при его наличии), тем быстрее происходят расчёты, результатом которых является условный доход. Так как сейчас на рынке именно у процессоров AMD самый «жирный» кэш, то наличие их на полках магазинов и соответственно рекомендованной стоимости этих процессоров под угрозой со стороны новой криптовалюты. Под удар могут попасть старейшие модели AMD Ryzen и все Threadripper.

А теперь поговорим о кэш-памяти процессора. При решении задач процессор получает из оперативной памяти необходимые блоки информации, обработав их, он записывает в память результаты вычислений и получает для обработки следующие блоки. Этот процесс продолжается, пока задача не будет на 100% выполнена.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Все эти операции производятся на очень высоких скоростях, от десятков гигабайт в секунду у процессоров 20-ти летней давности, до сотен гигабайт в секунду у современных процессоров. Все это время процессор обменивается данными с оперативной памятью, которая работает в разы медленнее самого процессора. Каждое считывание из нее и обратная запись информации в неё отнимают уйму времени.

Несмотря на такой дисбаланс, процессор не простаивает в ожидании очередной порции данных из оперативной памяти, так как эти данные подгружаются в его кэш-память.

Кэш-память процессора – это небольшая по объему, но супербыстрая оперативная память. Она встроена в процессор и является своеобразным буфером, при обмене CPU данными с медленной оперативной памятью, а в современных реалиях еще и с NVME SSD и видеокартой.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

В большинстве процессоров используется многоуровневая система кэша:

• Кэш-память первого уровня или L1 – самая маленькая, но и самая быстрая область кэш-памяти. Её объем не превышает пару десятков килобайт. Работает L1 без каких-либо задержек. В нем содержатся данные, которые чаще всего используются процессором.

• Кэш-память второго уровня (L2) чуть медленнее кэш-памяти L1, но и объем ее в современных процессорах измеряется уже в мегабайтах. Служит она для временного хранения важных данных, вероятность запроса которых ниже, чем у данных, находящихся в L1 кэше.

• Кэш-память третьего уровня (L3) – еще более объемная и еще более медленная. Но она все равно быстрее любой оперативной памяти, даже новой DDR5. Со скоростями в несколько сотен гигабайт в секунду пока еще приходится считаться. Ее размер в современных процессорах в мейнстрим сегменте достигает нескольких десятков мегабайт, а в серверных AMD Epyc счет пошел уже на сотни мегабайт. В отличие от L1 и L2, кэш третьего уровня является общим для всех ядер процессора.

L3 кэш служит для временного хранения важной информации с относительно низкой вероятностью запроса, а также для обеспечения обменом данными между ядрами процессора.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

А теперь небольшой экскурс в развитие и эволюцию кэш-памяти. Если за отправную точку взять Pentium 1, то кэша L2 у него не было. L1 был объёмом 32 Кб. L2 как правило распаивался на материнской плате. Когда появился Pentium II, то L2 сразу стал равным 512 Кб, но он располагался рядом с ядром процессора на отдельной микросхеме и имел низкую скорость, но все равно это лучше, чем ничего.

Pentium-III с Socket 370 имел уже половину объема от Pentium II – 256 Кб, но зато этот кэш был быстрее, так как он был интегрирован в кристалл процессора. Pentium 4 вначале удвоил этот объём до 512 Кб, так называемый Nothwood, а последовавшее за ним ядро Prescott довел L2 до 1 Мб. Это уже объём дней сегодняшних.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Во времена Pentium 4 случилось еще одно важное событие: у Pentium 4 Extreme Edition впервые появился L3 кэш. До этого момента в десктопах такого явления не было. Объем L3 равнялся «жирным» 2 мегабайтам, что положительно влияло на производительность и цену процессора.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

После смены с 478 на 775 контактов без ножек, первые “новые” Pentium с ядрами Prescott-2M и Cedar Mill увеличили L2 до 2-х мегабайт, а L1 так и оставался в пределах 32 Кб.

Микроархитектура Core2 и Core2 Quad значительно увеличили объемы кэшей. Так, объем  L2 кэша уже варьировался от 4 до 12 Мб, но эти цифры нужно поделить на два, из особенности организации кэша, так как группы ядер по факту взаимодействовали только с половиной этого объема, но суммарный объем был именно таким.

Микроархитектура Sandy Bridge поделила процессоры на различные линейки в зависимости от объема L2 кэша. В этот момент времени, именно объем кэш-памяти начинает решать главенствующую роль в позиционировании и производительности процессоров.

Про моноблоки:  Как установить ssd диск в моноблок

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Так, i5-2500К отличался от i7-2600K только объемом кэша. И надо отметить, речь уже идет о L3 кэше, который начинает появляться уже повсеместно. В первом случае L3 = 6 Мб, во втором 8 Мб. L2 у обеих моделей равнялся  256 Кб на одно ядро, а  L1 был равен по-прежнему 32 Кб.

Далее происходит рост L3 у последующих поколений. У i9-9900K он уже равен 16 Мб. Параллельно развивается HEDT линейка процессоров Intel, где L3 уже достигает 24.5 Мб. Но дальнейшее развитие всей процессорной архитектуры меняют процессоры AMD с микроархитектурой ZEN и производные от них. Стартовало первое поколение AMD Ryzen c L2 = 512 Кб и L3 = 8 Мб, а на сегодняшний день топовый Ryzen Gen3 уже обладает 64 Мб L3 кэша. Недавний анонс новых серверных процессоров AMD Epyс вообще увеличил объем L3 до астрономических 768 Мб.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Таким образом, система кэшей процессора позволяет частично уйти от зависимости от низкой производительности оперативной памяти, ведь процесс развития процессоров и скорости их кэшей намного опережает скорость оперативной памяти. Важно отметить и тот факт, что чем больше кэша у процессора, тем выше его производительность.

Поэтому при выборе того или иного процессора, обращайте внимание на объем L3 кэша процессора. Возможно, в будущем, объемы порядка пары гигабайт L3 кэша станут нормой, но а пока следим за стоимостью AMD Ryzen, в зависимости от популярности Raptoreum.  Надеюсь, этот блог оказался для вас полезным.

Контроллер кэша

Это — один из логических блоков. Он отвечает за обмен данными сверх памяти с ядрами ЦП. При обращении одного из ядер контроллер проверяет, есть ли нужные данные в кэше. При положительной проверке происходит так называемое попадание, а необходимая информация «переваривается» внутри самого CPU.

Задача контроллера — сделать так, чтобы промахи происходили как можно реже, то есть чтобы в кэше всегда были необходимые промежуточные данные для обработки. Но это зависит уже не только от CPU, но и от того, как разработчики приложения оптимизировали код.

Последовательность работы следующая: проверка сверх памяти на наличие необходимых данных и их перемещение к одному из ядер, или же обращение к оперативке с аналогичным запросом.

Кэш жесткого диска

По-другому его еще называют буферной памятью. Предназначена она, фактически, для тех же целей, что и в описанном выше случае: хранить данные, к которым чаще всего обращаются ЦП или ОЗУ.

Необходимость в наличии такого хранилища вызвана разницей в скорости чтения данных: из микросхемы RAM получить их можно гораздо быстрее, чем с поверхности магнитного диска с помощью считывающей головки.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

На эффективность этой опции в том числе влияет и пропускная способность шины: буфер жесткого диска SATA III будет работать несколько быстрее, чем SATA II. Технология хорошо себя проявляет при работе с малыми объемами данных, но при чтении «тяжелых» файлов ее целесообразность под большим сомнением.

Объем кэша в современном винчестере — от 8 до 64 Мб. Иногда попадаются «экзотические» девайсы, у которых 128 или 256 Мб буферной памяти. Стоит он существенно дороже и позиционируется как супер-пупер-топ.

Переплачивать лично я особого смысла не вижу. Хотите шустрый накопитель — ставьте SSD.

Уровни кэш-памяти

На маркировке современных ЦП, помимо тактовой частоты и количества потоков,  можно встретить такое понятие как размер кэша 1,2 и 3 уровней. Как он определяется и на что влияет? Давайте разбираться простым языком.

  • Кэш первого уровня (L1) – самая важная и быстрая микросхема в архитектуре ЦП. Один процессор может вместить количество модулей, равных числу ядер. Примечательно, что микросхема может хранить в памяти самые востребованные и важные данные только со своего ядра. Объем массива зачастую ограничен показателем в 32-64 КБ.
  • Кэш второго уровня (L2) – падение скорости компенсируется увеличением объема буфера, который доходит до 256, а то и 512 КБ. Принцип действия такой же, как и у L1, а вот частота запроса к памяти ниже, ввиду хранения в ней менее приоритетных данных.
  • Кэш третьего уровня (L3) – самый медленный и объемный раздел среди всех перечисленных. И все равно этот массив гораздо быстрее оперативной памяти. Размер может достигать 20, и даже 60 МБ, если речь касается серверных чипов. Польза от массива огромна: он является ключевым звеном обмена данными между всеми ядрами системы. Без L3 все элементы чипа были бы разрознены.

В продаже можно встретить как двух- так и трехуровневую структуру памяти. Какая из них лучше? Если вы используете процессор лишь для офисных программ и казуальных игр, то никакой разницы не почувствуете. Если же система собирается с прицелом под сложные 3D-игры, архивацию, рендеринг и работу с графикой, то прирост в некоторых случаях будет колебаться от 5 до 10%.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Кэш третьего уровня оправдан лишь в том случае, если вы намерены регулярно работать с многопоточными приложениями, требующими регулярные сложные расчеты. По этой причине в серверных моделях нередко используют кэш L3 больших объемов. Хотя бывают случаи, что и этого не хватает, а потому приходится дополнительно ставить так называемые модули L4, которые выглядят как отдельная микросхема, подключаемая к материнской плате.

Наглядное сравнение скорости кэш памяти процессора

Трудно представить себе, насколько это — «быстрее» или «медленнее», когда речь заходит о передаче данных. Но если проводить аналогии с реальной жизнью, то соотношение скоростей для разных уровней памяти и других типов носителей можно представить так:

  • Вообразите, что вы — это ядро процессора, и тогда регистры для вас — как бумажные стикеры, расклеенные по периметру монитора. На них находится информация, которая необходима здесь и сейчас, и чтобы ее прочесть, достаточно поднять взгляд и сфокусироваться на нужном листочке;
  • Кэш L1 — папка на рабочем столе. Физическая, с массой файлов, где лежат документы, отчеты по бухгалтерии и прочие сводки по работе. Открыл, порылся в файлах, нашел нужный, прочитал информацию в 50-й строчке на 20-й странице и принялся за работу.
  • Кэш L2 — алгоритм тот же, но папка лежит не на столе на расстоянии вытянутой руки, а в книжном шкафу в конце кабинета. А значит необходимо подняться с места, дойти до шкафа, найти нужную полку и еще какое-то время потратить на поиск требуемой папки, страницы и строчки.
  • Кэш L3 — архивный отдел. Находится на 5 этаже под охраной злого бухгалтера. При этом вся информация рассортирована по стеллажам, которые практически не подписаны. Более того, один несчастный бухгалтер должен обслуживать 10-20 наседающих сотрудников (других ядер ЦП, которым тоже нужно «вот-прямо-сейчас») и носиться по всему помещению, выдавая документы по самым разным запросам.
  • Оперативная память — городская библиотека в отдаленном районе. Сначала до нее надо доехать, потом разбудить библиотекаря, дождаться, пока он будет блуждать по архиву в течение пары часов. А потом еще вернуться добычей обратно. И не факт, что все требуемое найдется с первого раза по причине банального недосмотра.
  • SSD-накопитель — курьерская доставка из соседней области. При всем желании и развитой логистической цепочке, ждать придется пару суток, а то и больше, если дороги переполнены.
  • HDD-накопитель — Алиэкспресс. Выбор шикарный, всего много, стоит — копейки. Но доставку ожидайте в течение месяца.

В такой интерпретации понимать разницу в памяти гораздо проще.

Само собой, реальная скорость сильно отличается от схематичных обозначений. Например, процессору для сложения пары 64-битных целых чисел требуется всего 1/4 наносекунды (10-9 степень), если он работает на частоте в 4 ГГц (примерно).

А вот HDD с их неповоротливой магнитной головкой приходится тратить миллисекунды (10-3 степень), и это настоящая пропасть. И это только поиск, без доставки в ОЗУ.

Конечно, на фоне всего вышесказанного возникает логичный вопрос, отчего бы не добавить еще уровней, и не сделать кэш такого размера, чтобы на нем хранилась вся информация, которая может понадобиться процессору. Вот только проблема в том, что кэш-память не нарастить в любом объеме, иначе чип попросту не поместится на подложку процессора. А если и поместится, то размером такой процессор будет с многоэтажный дом, а цену его в принципе будет невозможно представить.

Как узнать количество уровней и размер кэша на своем процессоре?

Начнем с того, что сделать это можно 3 способами:

  • через командную строку (только кэш L2 и L3);
  • путем поиска спецификаций в интернете;
  • с помощью сторонних утилит.

Если взять за основу тот факт, что у большинства процессоров L1 составляет 32 КБ, а L2 и L3 могут колебаться в широких пределах, последние 2 значения нам и нужны. Для их поиска открываем командную строку через «Пуск» (вводим значение «cmd» через строку поиска).

Далее необходимо прописать значение «wmic cpu get L2CacheSize, L3CacheSize».

Система покажет подозрительно большое значение для L2. Необходимо поделить его на количество ядер процессора и узнать итоговый результат.

Если вы собрались искать данные в сети, то для начала узнайте точное имя ЦП. Нажмите правой кнопкой по иконке «Мой компьютер» и выберите пункт «Свойства». В графе «Система» будет пункт «Процессор», который нам, собственно, нужен. Переписываете его название в тот же Google или Yandex и смотрите значение на сайтах. Для достоверной информации лучше выбирать официальные порталы производителя (Intel или AMD).

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Третий способ также не вызывает проблем, но требует установки дополнительного софта вроде GPU-Z, AIDA64 и прочих утилит для изучения спецификаций камня. Вариант для любителей разгона и копошения в деталях.

Или, как его еще называют, сверхоперативная память. Используется для ускорения доступа к компьютерной памяти — системным компонентам и элементам кода, которые чаще всего используются для выполнения различных вычислительных операций.

Базируется на небольшой по размерам, но сверхбыстрой памяти типа SDRAM. Как правило, такой компонент реализован на кристалле процессора.

Когда ЦП требуется определенная часть какого-либо кода, он первым делом проверяет, нет ли его в кэше. При наличии необходимых данных, процессор выполняет вычисления, не обращаясь к оперативке.

Простыми словами, если привести аналогию, этот тип памяти — ящик стола в кабинете важной шишки, в котором лежат печати «Запретить» и «Не пущать». Так как челобитные от посетителей (выполняемые команды), почти всегда отклоняются, поэтому для вердикта хозяину кабинета достаточно открыть этот ящик и взять подходящую печать.

Если в редких случаях выносится положительный вердикт, чиновнику приходится проделать целых 5 шагов к шкафу в дальнем углу кабинета (ОЗУ) и столько же обратно, чтобы взять печать «Одобрить». Вот как-то так.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

У современных процессоров есть как минимум три уровня кэша — каждый под конкретные данные:

  • Инструкции — ускоряют загрузку машинного кода;
  • Данные — ускоряют запись и чтение информации;
  • Буфер ассоциативной трансляции — преобразует виртуальные адреса в физические.

Многоуровневый кэш в процессорах принято обозначать L1, L2, L3.Их размер влияет на стоимость «камня» — чем они больше, тем этот компонент компьютера обойдется дороже.

Пользователей, которые морально не готовы к апгрейду и размышляют, как его увеличить, разочарую: это невозможно, так как структура создана на кристалле раз и навсегда.

Сверхпамять — одна из «священных коров» маркетинга: юзерам, которые не сильно разбираются в таких нюансах, можно втюхивать низкопроизводительные процессоры с увеличенным объемом кэша по завышенным ценам.

Палю тему: никакая сверхпамять не заменит тактовой частоты «камня» и количества ядер. Если за те же деньги стоит выбор «или-или», выбирайте более производительный процессор — тот, у которого больше ядер, выше тактовая частота, или лучше все и сразу. Вот!

Еще более детальнее о том, что такое кэш память процессора, читайте здесь.

Как объем кэш-памяти влияет на производительность

Тут все напрямую зависит от количества ядер и назначения процессора. Перед производителем ЦП стоит задача сделать максимально сбалансированный продукт, отвечающий требованиям пользователей.

Возьмем, к примеру, стандартный домашний или офисный компьютер на 4 ядра с частотой около 3 ГГц. Его сфера использования — таблицы, текстовые редакторы и офисные приложения, мультимедиа, простые игры и развлечения. Нет никакого смысла давать на процессор такой машины кэш L1 более 256 КБ, на L2 — больше 1 МБ, на L3 — 4 МБ (суммарно). Задачу решают оптимизацией кэша, обеспечивая до 90% кэш-попаданий на всех этапах. При этом промахами заканчивается не более 1-2% всех операций. Производитель десктопных устройств понимает простую истину: наращивание показателей не увеличит производительность, но больно отразится на стоимости, поскольку финальная цена такого компьютера окажется слишком высокой.

Про моноблоки:  Интегрированная видеокарта что это в моноблоке

Совсем другое дело — серверный сегмент, где давно и прочно прописались кристаллы на 16, 32 и 64 ядра. Вот тут объемный кэш необходим (да и площадь кристалла для его размещения больше), ведь модели с маленьким кэшем попросту не сумеют обеспечить серверу нужную скорость вычислений для тысяч задач, которые требуется решать в одну единицу времени.

Вот так и появляются гигантские цифры в 128, и даже 256 МБ кэша L3, характерные, например, для AMD EPYC 2 и 3 поколений. Больше места для быстрого доступа — выше производительность. И не стоит забывать, что в серверном сегменте никто не занимается разгоном ядер для компенсации малого размера кэш-памяти, ведь от этого напрямую зависит тепловыделение процессора, которое также требуется отводить. Никакой пользы не будет от машины, где кристалл моментально нагревается от разгона и требует отвести 400, а то и 500 Вт тепла. На одном охлаждении разоритесь.

Уровни кэш памяти процессора

Итак, кэш в современных ЦП дифференцирован по уровням:

  • L1 — самый быстрый и маленький;
  • L2 — не такой шустрый, но больший в объеме;
  • L3 — самый медленный, но его много.

Схематично выглядит следующим образом.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

На схеме четко показан принцип работы с информацией, которая передается от хранилища к оперативной памяти, а от нее к кеш-памяти L3-L2-L1, и так до самого процессора. Процедура обмена данными закольцована.

В самом кристалле ЦП размещены арифметическо-логические устройства (ALU), выполняющие все математические вычисления. А помогают в этом регистры, которые также представляют собой SRAM-память, но технически не относятся к кэшу.

Каждому регистру присвоено одно из 64-битных целых чисел, а в качестве значения может быть фрагмент данных, кусок кода, ссылка на другой регистр и не только. Но поскольку сам регистр не способен хранить в памяти хоть что-то (у него ее попросту нет), на помощь приходит кэш L1.

Кэш память 1 уровня

L1 — память первого уровня. Это крайне скромный по размерам, но очень быстрый вычислительный блок, который постоянно скармливает регистрам важнейшую информацию, не давая им простаивать. В нем скомпилированы данные, к которым ЦП обращается чаще всего. Образный пример — дамская сумочка, без которой девушек напрочь парализует. Или обилие карманов на куртке.

Количество микросхем L1 зачастую привязано к количеству ядер процессора, при этом у каждого ядра кэш свой собственный. Размер блока может варьироваться от 64-256 КБ у десктопов и ноутбуков до 1-2 МБ для серверных решений.

Сам L1 тоже имеет свое разделение. Он делится на кэш команд и кэш данных:

Первый содержит информацию об операции, которой занимается ЦП, проще говоря, отвечает на вопрос: «Что надо сделать»;

Второй хранит в себе данные, над которыми должны производиться вычисления.

Эдакие функция и его переменные, только воплощенные в кремнии.

Кэш память 2 уровня

L2 — память второго уровня. Как уже было сказано, она не такая шустрая, но это компенсируется повышенным объемом. Также привязана к ядру и не взаимодействует с остальными. Однако маркетологи любят писать какие-то заоблачные цифры L2, попросту суммируя показатели. Например, для AMD Ryzen 7 5800X размер кэша заявлен в 512 КБ на ядро, что не так красиво. Но если суммировать все 8 блоков — получим уже интересные 8 МБ. К слову, для AMD EPYC 7763 показатель составляет уже 32 МБ, поскольку ядер уже 64 соответственно.

L2 можно представлять, как личное хранилище для L1: первому не хватает места под определенные, не самые критические задачи, и он сгружает их в кэш второго уровня на расстояние «вытянутой руки».

Кэш память 3 уровня

L3 — память третьего уровня. Самый большой и самый медленный кластер среди «родственников». При этом все еще быстрее ОЗУ и, тем более, SSD-накопителей, даже на базе NVMe.

Этот блок уже доступен для всех ядер процессора, как общественная библиотека. На третьем уровне временно хранятся данные, которые хоть и важны для продуктивной работы, но регистры обращаются за этой информацией относительно нечасто. Зато объем кэш памяти третьего уровня процессора может быть гигантским на фоне L1 и L2. Для Intel Xeon 3 Gen это до 80 МБ, для AMD же — все 256 МБ соответственно.

Где в компьютере находится кэш память

Если речь заходит об этом типе памяти, чаще всего подразумевается кэш память процессора. Одно это — не единственный компонент ПК, где используется такая опция. Применяется она также в жестком диске и видеокарте. Об этом — далее.

Устройство кэш-памяти процессора

Система кэш-памяти процессора состоит из двух блоков — контроллера кэш-памяти и собственно самой кэш-памяти.

Контроллер кэш памяти

Контроллер кэш памяти – это устройство, управляющее содержанием кэша, получением необходимой информации из оперативной памяти, передачей ее процессору, а также возвращением в оперативную память результатов вычислений.

Когда ядро процессора обращается к контроллеру за какими-то данными, тот проверяет, есть ли эти данные в кэш-памяти. Если это так, ядру моментально отдается информация из кэша (происходит так называемое кэш-попадание).

В противном случае ядру приходится ожидать поступления данных из медленной оперативной памяти. Ситуация, когда в кэше не оказывается нужных данных, называется кэш-промахом.

Задача контроллера – сделать так, чтобы кэш-промахи происходили как можно реже, а в идеале – чтобы их не было вообще.

Размер кэша процессора по сравнению с размером оперативной памяти несоизмеримо мал. В нем может находиться лишь копия крошечной части данных, хранимых в оперативной памяти. Но, не смотря на это, контроллер допускает кэш-промахи не часто. Эффективность его работы определяется несколькими факторами:

• размером и структурой кэш-памяти (чем больше ресурсов имеет в своем распоряжении контроллер, тем ниже вероятность кэш-промаха);

• эффективностью алгоритмов, по которым контроллер определяет, какая именно информация понадобится процессору в следующий момент времени;

• сложностью и количеством задач, одновременно решаемых процессором. Чем сложнее задачи и чем их больше, тем чаще «ошибается» контроллер.

Кэш-память процессора изготавливают в виде микросхем статической памяти (англ. Static Random Access Memory, сокращенно — SRAM). По сравнению с другими типами памяти, статическая память обладает очень высокой скоростью работы.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Впервые кэш размером 8 KB был встроен в процессор Intel i486 в 1989 г.

Однако, эта скорость зависит также от объема конкретной микросхемы. Чем значительней объем микросхемы, тем сложнее обеспечить высокую скорость ее работы.

Учитывая указанную особенность, кэш-память процессора изготовляют в виде нескольких небольших блоков, называемых уровнями. В большинстве процессоров используется трехуровневая система кэша:

• Кэш-память первого уровня или L1 (от англ. Level — уровень) – очень маленькая, но самая быстрая и наиболее важная микросхема памяти. Ни в одном процессоре ее объем не превышает нескольких десятков килобайт. Работает она без каких-либо задержек. В ней содержатся данные, которые чаще всего используются процессором.

Количество микросхем памяти L1 в процессоре, как правило, равно количеству его ядер. Каждое ядро имеет доступ только к своей микросхеме L1.

• Кэш-память второго уровня (L2) немного медленнее кэш-памяти L1, но и объем ее более существенный (несколько сотен килобайт). Служит она для временного хранения важной информации, вероятность запроса которой ниже, чем у информации, находящейся в L1.

• Кэш-память третьего уровня (L3) – еще более объемная, но и более медленная схема памяти. Тем не менее, она значительно быстрее оперативной памяти. Ее размер может достигать нескольких десятков мегабайт. В отличие от L1 и L2, она является общей для всех ядер процессора.

Уровень L3 служит для временного хранения важных данных с относительно низкой вероятностью запроса, а также для обеспечения взаимодействия ядер процессора между собой.

Встречаются также процессоры с двухуровневой кэш-памятью. В них L2 совмещает в себе функции L2 и L3.

Можно ли увеличить размер кэш-памяти процессора?

Как уже было сказано выше, такая возможность существует, но сделать это можно лишь путем установки дополнительных плат расширения. Долго, сложно, дорого и далеко не всегда востребовано. Плюс, об этом надо договариваться с производителем оборудования заранее, чтобы он предоставил необходимую ревизию и прошивку материнской платы.

Более простой вариант увеличения кэша — замена процессора на более мощный. Но при этом от перехода со 2-го на 3-е поколение чипов (Intel/AMD) разница будет лишь в увеличении базовой частоты ядра. Но если сделать скачок, допустим, с 1-го поколения на 3-е — то прирост производительности будет куда ощутимее.

Других способов увеличить кэш-память, увы, не предусмотрено.

Кэш графического ускорителя

Единственный тип, к которому пока не слишком близко подобрались маркетологи. Впрочем, у топовых видеокарт и так масса характеристик, которые позволяют накинуть пару тысяч к ценнику.

Еще этот тип называют видеопамятью. Как правило, в современных графических ускорителях используется особый тип ОЗУ — GDDR5. В среднем, ее объем — от 1 до 6 Гб. Такой размер обусловлен тем, что графические файлы, как правило, «тяжелые» — все эти модельки персонажей, техники, локации, текстуры и тому подобное.

Частый «развод» неопытного пользователя заключается в акцентировании внимания на объеме видеопамяти — например, если установлено 4 Гб, то это уже крутая видяха.

Меж тем сегодня можно найти девайсы из бюджетного сегмента, у которых 4 Гб GDDR на борту. Сложно назвать их мощными или производительными. Обращать внимание, в первую очередь, следует не на объем видеопамяти, а на ее частоту и частоту графического процессора.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Как это работает? Чтобы не отрендеривать каждый раз повторно одни и те же объекты, они хранятся в памяти видеокарты. Например, сам персонаж (а в шутерах от первого лица достаточно одного ствола) и локация, где он находится.

А вот уже толпы злодеев, которые атакуют отважного героя, как правило, отрисовываются при их появлении «на сцене». Впрочем, одинаковые модельки можно также хранить в кэше и запускать воспроизведение каждый раз, когда противник появляется на локации.

Это уже зависит от того, насколько хорошо код оптимизировали разработчики — бывает, что игра с неплохой графикой «летает» на среднем по мощности компе. А бывает и наоборот — ничем не примечательная проходная поделка жутко лагает при любых изменениях ситуации на экране.

Естественно, объем видеопамяти и ее частота влияют на стоимость графического ускорителя. Для лучшего понимания темы советую ознакомиться со статьей «Из чего состоит видеокарта для компьютера».

Вот собственно, и все на сегодня. Если у вас появились дополнительные вопросы — не стесняйтесь и задавайте их в комментариях. Буду признателен всем, кто поделится этой публикацией в социальных сетях. До завтра!

Краткий экскурс в историю

Первые упоминания о кэш-памяти датированы концом 80-х годов. До этого времени скорость работы процессора и памяти были приблизительно одинаковой. Стремительное развитие чипов требовало придумать какой-нибудь «костыль», чтобы повысить уровень быстродействия ОЗУ, однако использовать сверхбыстрые чипы было очень затратно, а потому решились обойтись более экономичным вариантом – внедрением скоростного массива памяти в ЦП.

Впервые модуль кэш-памяти появился в Intel 80386. В то время задержки при работе DRAM колебались в пределах 120 наносекунд, в то время как более современный модуль SRAM сокращал время задержек до внушительных по тем временам 10 наносекунд. Примерная картина более наглядно продемонстрирована в противостоянии HDD против SSD.

Изначально кэш-память распаивалась прямиком на материнских платах, ввиду уровня техпроцесса того времени. Начиная с Intel 80486 8 кб памяти было внедрено непосредственно в кристалл процессора, что дополнительно увеличивало производительность и снижало площадь кристалла.

Данная технология расположения оставалась актуальной лишь до выхода Pentium MMX, после чего SRAM-память была заменена более прогрессивной SDRAM.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Да и процессоры стали гораздо меньше, а потому надобность во внешних схемах отпала.

Функция кэш памяти процессора

Известно, что процессор работает с данными, которые доставляются в него из оперативной памяти. Но в их взаимодействии есть одна серьёзная проблема: ОЗУ работает гораздо медленнее, чем CPU, что для последнего означает постоянные простои, в ожидании, пока из оперативной памяти придут нужные данные. Чтобы избежать простоев, в кристалл чипа интегрирована та самая кэш-память, играющая роль буфера между оперативной памятью и процессором. Кэш-память загружает и хранят в себе данные, с которым процессор работает в текущий момент, что избавляет от необходимости ждать эти данные из ОЗУ. Таким образом, кэш память процессора предназначена для того, чтобы сглаживать разницу в скорости работы между процессором и ОЗУ, чтобы вычисления производились как можно быстрее.

Про моноблоки:  Как настроить автомобильный усилитель? простая инструкция от децибел

Помимо выравнивания скорости, кэш еще и перепаковывает данные, чтобы процессору было проще их понимать, рассчитывать и возвращать обратно.

Влияние на производительность системы

В современных процессорах количество кэш-попаданий превышает 90%. Это справедливо по отношению к задачам, не требующих высокой производительности. При повышении нагрузки количество промахов увеличивается.

Практика показала, что повышение тактовой частоты влияет лучше на работу системы, чем увеличение кэша. Однако такое решение влечет за собой увеличение стоимости CPU. «Потолок» здесь — 4 ГГц. Дальше каждая десятая доля герца сопряжена с ростом цены в геометрической прогрессии.

Использование трехуровневого кэша увеличивает производительность CPU на 10%. Этот эффект больше всего ощущается при использовании архиваторов (в наше время не самый актуальный софт), при обработке видео и видеоиграх. В «легких» приложениях — например, офисном пакете или интернет-браузере, эффективность кеша чуть более нуля.

Когда нужно больше кэша?

Получит ли рядовой пользователь хоть какой-то прирост для своего домашнего компьютера, если заменит процессор с кэшем 8 МБ на 16 МБ при аналогичных показателях всего остального (ядра, частота, производитель, архитектура)? Нет.

Величина этого параметра, как объем кэша, полностью проявляет себя лишь при расчетах в тяжелых приложениях, будь то сложный рендер 3D-сцены, работа с огромным количеством полигонов, обращение к структурированной базе данных на регулярной основе, терминальная работа и т.д. Сюда же стоит добавить монтаж, стриминг с высоким битрейтом.

Но по большому счету, объемный кэш нужен серверам с высокой нагрузкой и посещаемостью. В качестве костылей производители предлагают для ускорения работы даже отдельные платы с кэш-памятью L4, которые подключаются либо в проприетарные, либо в PCI-E слоты.

Как узнать объем кеша и как его увеличить

Самый простой способ — узнать модель процессора, нажав меню пуск и кликнув ПКМ по значку «Этот компьютер», а затем выбрав пункт «Свойства». Все характеристики «камня» можно найти на официальном сайте производителя.

Увы, но увеличить кеш процессора не получится. Девайс поставляется «как есть» и такому апгрейду не подвергается. Единственный приемлемый способ — купить CPU с большим объемом сверхпамяти.

Также советую почитать «Чем отличается процессор i3 от i5», «Серверный процессор в домашнем компьютере» и «Как устроен процессор внутри». Буду признателен, если вы поделитесь этой публикацией в социальных сетях. До завтра!

Устройство кэш памяти процессора

Чтобы понять, на что влияет кэш память процессора и как работает, необходимо сперва разобраться, как она устроена, что мы и сделаем. Общем и целом, система процессорного кэша состоит из двух важных составляющих: контроллера, который управляет движением данных, и самой кэш-памятью — где эти данных хранятся. Если говорить образно, то кэш-память — это склад, а контролер — погрузчик, который снует по помещению и подтаскивает поближе к процессору нужные ящики.

Контроллер кэш-памяти

Итак, первая составляющая блока — контроллер по управлению содержания кэша. Он регулярно проверяет, что пришло к процессору из ОЗУ, переварилось, и возвратилось обратно. Контроллеры зачастую установлены внутрь чипов, но еще не так давно находились на северном мосту (до AMD64 и Intel Nehalem соответственно).

Когда одно из ядер обращается к контроллеру за информацией, последний проверяет ее наличие в кэше. Если есть — отдает (это называется «кэш-попадание»), если нет — ядро ожидает, пока медленная и неповоротливая улитка (оперативная память) доставит все необходимое. Эта ситуация зовется «кэш-промах».

Основная задача контроллера заключается в том, чтобы минимизировать количество промахов, а то и вовсе свести к нулю, и потому он должен загружать кэш-память только важными данными по принципу «всегда под рукой». Другое дело, что для этого контроллер должен уметь «ванговать», т.е. предсказывать события, пользуясь для выбора загружаемых из ОЗУ данных так называемой «интеллектуальной стратегией кэширования», которая основана на анализе уже имеющихся ошибок. Проще говоря, следуя заложенным в него алгоритмам, контроллер рассчитывает, какие данные могут понадобиться процессору и грузит их заранее. Если он «угадал», то ставит себе галочку и запоминает опыт, как удачный. Если не угадал, то бракует такой опыт, и меняет логику выбора данных для предварительной загрузки.

Современные контроллеры работают с возможностью глубокого самообучения и аналитики, что сильно снижает количество промахов. Чем дольше устройство работает в системе, тем лучше понимает требования пользователя и тем чаще выдает необходимый результат. Даже процессор понимает, что в случае неудачи его заменят. Точнее, это понимают производители процессоров.

Строение кэш-памяти

Что вообще представляет собой этот модуль? Это отдельная, но размещенная непосредственно на плате ЦПУ микросхема SRAM (Static Random Access Memory) с огромной скоростью работы. Столь высокий показатель объясняется тем, что DRAM (ОЗУ) использует для работы конденсаторы, а SRAM — транзисторы, что и обеспечивает прирост в 10 раз.

Но и у SRAM-памяти есть свои особенности, которые ограничивают возможности ее использования.

Проблема №1: транзисторная память требует гораздо больше места на кристалле, поэтому много ее не поставить. Если говорить числами, то 100 МБ SRAM = 4 ГБ DRAM в плане габаритов. А подложка процессора, увы, не резиновая.

Проблема №2: чем больше объем SRAM, тем ниже скорость и выше задержки. Поэтому производители придумали хитрый способ обхода этой особенности, разделив весь кэш на несколько блоков разного размера, и назвав их «уровни» (Layers).

Влияние кэш-памяти процессора на быстродействие компьютера

При выполнении запроса на предоставление данных ядру, контроллер памяти ищет их сначала в кэше первого уровня, затем — в кэше второго и третьего уровней.

По статистике, кэш-память первого уровня любого современного процессора обеспечивает до 90 % кэш-попаданий. Второй и третий уровни — еще 90% от того, что осталось. И только около 1 % всех запросов процессора заканчиваются кэш-промахами.

Указанные показатели касаются простых задач. С повышением нагрузки на процессор число кэш-промахов увеличивается.

Эффективность кэш-памяти процессора сводит к минимуму влияние скорости оперативной памяти на быстродействие компьютера. Например, компьютер одинаково хорошо будет работать с оперативной памятью 1066 МГц и 2400 МГц. При прочих равных условиях разница производительности в большинстве приложений не превысит 5%.

Пытаясь оценить эффективность кэш-памяти, пользователи чаще всего ищут ответы на следующие вопросы:

Какая структура кэш-памяти лучше

Трехуровневая кэш-память более эффективна.

Чтобы определить, как сильно L3 влияет на работу процессора, сайтом Tom’s Hardware был проведен эксперимент. Заключался он в замере производительности процессоров Athlon II X4 и Phenom II X4. Оба процессора оснащены одинаковыми ядрами. Первый отличается от второго лишь отсутствием кэш-памяти L3 и более низкой тактовой частотой.

Приведя частоты обеих процессоров к одинаковому показателю, было установлено, что наличие кэш-памяти L3 повышает производительность процессора Phenom на 5,8 %. Но это средний показатель. В одних приложениях он был почти равен нулю (офисные программы), в других – достигал 8% и даже больше (компьютерные 3D игры, архиваторы и др.).

Как влияет размер кэша на производительность процессора?

Оценивая размер кэш-памяти, нужно учитывать характеристики процессора и круг решаемых им задач.

Кэш-память двуядерного процессора редко превышает 3 MB. Тем более, если его тактовая частота ниже 3 Ггц. Производители прекрасно понимают, что дальнейшее увеличение размера кэша такого процессора не принесет прироста производительности, зато существенно повысит его стоимость.

Другое дело высокочастотные 4-, 6- или даже 8-миядерные процессоры. Некоторые из них (например, Intel Core i7) поддерживают технологию Hyper Threading, обеспечивающую одновременное выполнение каждым ядром двух задач. Естественно, что потенциал таких процессоров не может быть раскрыт с маленьким кэшем. Поэтому его увеличение до 15 или даже 20 MB вполне оправдано.

В процессорах Intel алгоритм наполнения кэш-памяти построен по так называемой инклюзивной схеме, когда содержимое кэшей верхнего уровня (L1, L2) полностью или частично дублируется в кэше нижнего уровня (L3). Это в определенной степени уменьшает полезный объем его пространства. С другой стороны, инклюзивная схема позитивно сказывается на взаимодействии ядер процессора между собой.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Объем внутренней кэш-памяти некоторых моделей серверных процессоров Intel Xeon составляет 37,5 MB

В целом же, эксперименты свидетельствуют, что в среднестатистическом «домашнем» процессоре влияние размера кэша на производительность находится в пределах 10 %, и его вполне можно компенсировать, например, высокой частотой.

Эффект от большого кэша наиболее ощутим при использовании архиваторов, в 3D играх, во время кодирования видео. В «не тяжелых» же приложениях разница стремится к нулю (офисные программы, интернет-серфинг, работа с фотографиями, прослушивание музыки и др.).

Многоядерные процессоры с большим кэшем необходимы на компьютерах, предназначенных для выполнения многопоточных приложений, одновременного решения нескольких сложных задач.

Особенно актуально это для серверов с высокой посещаемостью. В некоторых высоконагружаемых серверах и суперкомпьютерах предусмотрена даже установка кэш-памяти четвертого уровня (L4). Изготавливается она в виде отдельных микросхем, подключаемых к материнской плате.

Как узнать размер кэш-памяти процессора?

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Существуют специальные программы, предоставляющие подробную информацию о процессоре компьютера, в том числе и о его кэш-памяти. Одной из них является программа CPU-Z.

Программа не требует установки. После ее запуска нужно перейти на вкладку «Caches» (см. изображение).

На примере видно, что проверяемый процессор оснащен трехуровневой кэш-памятью. Размер кэша L3 у него составляет 3 MB, L2 – 512 KB (256×2), L1 – 128 KB (32×2+32×2).

Можно ли как-то увеличить кэш-память процессора?

Как уже было сказано в одном из предыдущих пунктов, возможность увеличения кэш-памяти процессора предусмотрена в некоторых серверах и суперкомпьютерах, путем ее подключения к материнской плате.

В домашних же или офисных компьютерах такая возможность отсутствует. Кэш-память является внутренней неотъемлемой частью процессора, имеет очень маленькие физические размеры и не подлежит замене. А на обычных материнских платах нет разъемов для подключения дополнительной кэш-памяти.

Сверхпамять

В современных процессорах используется многоуровневый кэш. По сравнению с прочими типами ОЗУ SRAM имеет намного большую скорость работы. Однако этот параметр зависит и от объема памяти каждого из таких блоков. По этой причине используется кэш, собранный из нескольких модулей SRAM. Его разделяют на уровни.

  • L1. Память первого уровня. Наименьшая по объему, но самая быстрая микросхема. Как правило, не более пары десятков килобайт. Работает почти без задержек. Используется для хранения наиболее часто используемых данных. Количество микросхем обычно равно количеству ядер, а каждое ядро имеет доступ только к своей микросхеме.
  • L2. Память второго уровня. Чуть более медленный модуль, но больший по объему (несколько сотен килобайт). Хранит реже используемую информацию.
  • L3. Память третьего уровня. Самая медленная, но самая объемная микросхема. Счет уже идет на десятки мегабайт. В отличие от предыдущих, эта память общая для всех ядер. Служит для хранения информации с низкой вероятностью запроса.

О важности и влиянии кэш-памяти процессора на его производительность

Рекомендации по выбору кэша

В целом, рекомендация одна: при выборе учитывайте свои потребности.

Например, в процессорах настольных компьютеров величина кэша практически не играет роли для 90% типовых задач. Львиная доля пользователей выполняет исключительно казуальные задачи вроде серфинга интернета и социальных сетей. И им совершенно не важны уровни L1/L2/L3, как и общее время задержек при обращении от ЦП к ОЗУ и наоборот. Лишь бы работало.

Вторая категория пользователей — профессионалы, для которых ПК представляет собой полноценную рабочую станцию. На этом поле играют уже «промежуточные» процессоры вроде AMD Threadripper и Intel Core X. У них уже все в порядке с количеством ядер и с размером кэш-памяти, где одно дополняет другое, увеличивая суммарную производительность.

И самые требовательные в этом отношении — серверы. Здесь кэш — царь и бог в одном флаконе. Если взять две модели с идентичными характеристиками, например, для построения сети терминалов, то в гонке на выживание выиграет та модель серверного процессора, где значение L3 будет выше при прочих равных. Вот так это и работает.

Если у вас еще остались вопросы, вы всегда можете задать их нашим специалистам, заказав персональную консультацию для подбора параметров оборудования, которая идеально закроет все ваши потребности.

Итоги

Теперь вы понимаете, что такое кэш-память, от чего зависит ее объем, и для каких целей используется сверхбыстрый массив данных. На данный момент наиболее интересными решениями на рынке в плане большого объема кэш-памяти, можно назвать устройства AMD Ryzen 5 и 7 с их 16 МБ L3.

В следующих статьях осветим такие темы как коэффициент умножения процессоров, пользу от встроенных графических чипов и не только. Следите за свежими публикациями и оставайтесь с нами. До новых встреч, пока.

Оцените статью
Про моноблоки