Будь-який комп'ютер працює як обчислювальна машина, в яку вводять вихідні дані і від якої вимагають виведення результатів певних обчислень. Для зберігання вхідних і вихідних даних використовуються жорсткі диски (HDD) і / або твердотільні накопичувачі (SSD), оперативна пам'ять (ОЗУ / RAM) і кеш процесора (CPU Cache).

Читайте також: Принцип роботи сучасного комп'ютерного процесора

Вплив кеша на обробку даних

Незважаючи на те, що ОЗУ передає інформацію з накопичувачів процесору, і навпаки, порівняно швидко навіть дуже продуктивна ОЗУ не зможе забезпечити таку швидкість передачі даних, щоб CPU неспроможний простоював. Для того щоб дозволити мінімізувати час, коли CPU очікує запитану інформацію, в сам пристрій процесора була додана надшвидка або сверхоперативная пам'ять, яка називається кешем. Про його пристрої, призначення і вплив піде мова в цій статті.

Пристрій кеша процесора

Кеш складається з двох частин: контролер і пам'ять. З пам'яттю все просто: там зберігається інформація, необхідна для обчислень, і результати обробки інформації. Контролер виконує функцію обробника запитів і пошукача запитаних даних в пам'яті кешу для твору обчислень або ж передачі / прийому вихідних і вхідних даних оперативної пам'яті.

Пам'ять кеша процесора ділиться на кілька рівнів: від L1 до L3. У деяких моделях був L4, хоча від четвертого рівня, який використовувався в таких CPU, як Core i7-5775C і Core i5-5675C, вирішили відмовитися через високу роздрібної вартості.

  • L1 - кеш-пам'ять першого рівня, володіє мінімальним об'ємом, що не перевищує декількох сотень кілобайт, і найбільшою швидкістю, що дозволяє видавати інформацію відразу після запиту. У кожного ядра є своя схема L1. Інформація зберігається в кеші першого рівня, є необхідною або найчастіше запитуваної для обчислень процесора.
  • L2 - кеш-пам'ять другого рівня, дещо більше за обсягом, може досягати пару мегабайт, при цьому вже не така швидка. У ній тимчасово зберігаються важливі дані, які користуються меншим пріоритетом при обчисленнях. Як і у випадку з L1, у кожного ядра своя окрема схема пам'яті L2.
  • L3 - кеш-пам'ять третього рівня, найбільша за обсягом, досягає десятка, і навіть трохи більше, мегабайт, але притому найповільніша. Містить дані, ймовірність запиту яких відносно мала, при цьому третій рівень є загальним для всіх ядер, що покращує взаємодію між ними.

Загальний принцип роботи кеша такий: процесор дає запит контролеру дістати з пам'яті якісь дані. Контролер, слідуючи складним алгоритмам, послідовно звертається до рівнів, тобто від L1 до L3, в пошуках потрібної інформації. Алгоритми контролера повинні фактично передбачати, яка інформація буде потрібно процесору для подальших обчислень. Якщо даних немає на L1, то йде пошук по L2, а потім по L3, при цьому створюється відповідна затримка, при якій CPU очікує необхідну інформацію. Тільки коли запитуваних даних немає в пам'яті кешу, відбувається запит до RAM, і CPU дійсно простоює, спілкування між рівнями кеша не перевищує більше десятка наносекунд, навіть в разі пошуку інформації на останньому рівні L3.

У загальному вигляді схему роботи пам'яті кеша і його контролера по відношенню до процесора і оперативної пам'яті можна зобразити так:

Як працює кеш процесора

Як бачите, між CPU і RAM варто кеш, представлений контролером і осередками пам'яті за рівнями. Отримання інформації з будь-якої комірки набагато швидше, ніж «довгий шлях» до оперативної пам'яті.

Читайте також: Пристрій сучасного процесора комп'ютера

вплив кеша

Строго кажучи, у процесора немає необхідності в кеші. Однак при цьому користувачі стикалися з тривалим часом очікування, поки RAM передасть потрібні дані CPU, і так для кожного сегмента будь-якої операції.Кожен період очікування починався від пари секунд, закінчуючись декількома хвилинами. Так що кеш процесора впливає в першу чергу на комфорт користувача під час роботи з комп'ютером, сильно зменшуючи час очікування.

Узагальнюючи вищесказане, виходить, що кеш впливає на продуктивність процесора, позбавляючи його потреби кожного разу робити запит оперативної пам'яті на одні й ті ж дані, зберігаючи їх у CPU «під боком». В такому випадку CPU більше не потребує постійного оновлення інформації для однотипних обчислень, і робить їх максимально швидко. При цьому процесор стає умовно незалежною від частоти ОЗУ, так як що різниця між 1066 МГц і 2400 МГц буде не в 2,25 рази, а в межах 5% для передачі інформації між CPU і RAM.

Як дізнатися, який обсяг кеша у процесора

У разі якщо ви хочете придбати процесор, найкраще буде переглянути значення обсягу рівнів кешу на офіційному сайті виробника:

  1. Приклад відображення технічних характеристик на сайті AMD.
  2. Перейти на офіційний сайт AMD

    Розмір кешу процесора на сайті Intel AMD

  3. Приклад відображення технічних характеристик на сайті Intel.
  4. Перейти на офіційний сайт Intel

    Розмір кешу процесора на сайті Intel

Якщо ви хочете дізнатися, який обсяг кеша у вашого процесора, слід скористатися системним монітором "Диспетчер завдань" - потрібні значення вказані на вкладці «Продуктивність».

Розмір кешу процесора за рівнями в диспетчері завдань Windows 10

висновок

Слід підсумувати, що кеш процесора першочергово впливає на його продуктивність і загальний комфорт користувача при роботі з ПК, не змушуючи користувача тривалий час просто просиджувати за комп'ютером, чекаючи поки компоненти системи передадуть одна одній необхідну інформацію для обчислень. При цьому кеш позбавив користувачів гострої потреби в підборі і використанні найшвидших і з тим дорогих HDD або SSD укупі з високочастотної оперативною пам'яттю для мінімізації і без того великих простоїв. Так що чим більше і сегментувати кеш (AMD свого часу зробила загальний L1 для своєї нової лінійки процесорів, і ті вийшли дуже малопродуктивними), тим швидше працює CPU, що зручніше для користувача, і навпаки.