Кое е най-мръсното място на компютъра? Мислите ли, че е кошница? Потребителски папки? Охладителна система? Грешно сте предположили! Най-мръсното място е кеша! В крайна сметка трябва постоянно да го почиствате!

Всъщност има много кешове на компютъра и те служат не като сметище за отпадъци, а като ускорители за оборудване и приложения. Откъде им спечелиха репутацията на „улей за боклук на системата“? Нека да разберем какво е кеш, какво е, как работи и защо от време на време.

Понятие и видове кеш памет

Приложения (уеб браузъри, аудио и видео плейъри, редактори на бази данни и т.н.), компоненти на операционната система (кеш за миниатюри, DNS кеш) и хардуер (кеш на процесора L1-L3, графичен фреймбуфер) имат своя собствена кеш памет, буфери за съхранение). . Реализира се по различни начини – софтуерно и хардуерно.

• Програмният кеш е просто отделна папка или файл, в който се зареждат например картини, менюта, скриптове, мултимедийно съдържание и друго съдържание на посетени сайтове. Това е тази папка, в която браузърът първо се гмурка, когато отворите отново уеб страница. Странирането на част от съдържанието от локалното хранилище ускорява зареждането му и .

• В устройствата за съхранение (по-специално твърдите дискове) кешът е отделен RAM чип с капацитет 1-256 Mb, разположен на електронната платка. Той получава информация, прочетена от магнитния слой и все още незаредена в RAM, както и данни, които най-често се изискват от операционната система.

• Съвременният централен процесор съдържа 2-3 основни нива на кеш памет (наричана още ултра памет с произволен достъп), разположени под формата на хардуерни модули на един и същи чип. Най-бързият и най-малък по размер (32-64 Kb) е кеш ниво 1 (L1) - той работи на същата честота като процесора. L2 заема средна позиция по скорост и капацитет (от 128 Kb до 12 Mb). А L3 е най-бавният и най-обемният (до 40 Mb), като при някои модели го няма. Скоростта на L3 е ниска само спрямо по-бързите му братя, но също така е стотици пъти по-бърза от най-производителната RAM.

Флаш паметта на процесора се използва за съхраняване на постоянно използвани данни, изпомпвани от RAM и инструкции на машинния код. Колкото повече е, толкова по-бърз е процесорът.

Днес три нива на кеширане вече не са ограничението. С появата на архитектурата Sandy Bridge Intel внедри допълнителен кеш L0 (предназначен за съхраняване на декриптирани микроинструкции) в своите продукти. И най-високопроизводителните процесори също имат кеш от четвърто ниво, направен под формата на отделен чип.

Схематично взаимодействието на кеш нивата L0-L3 изглежда така (използвайки примера на Intel Xeon):

На човешки език за това как работи всичко

Хартиите, от които се нуждае по-рядко, се съхраняват наблизо на рафтове ( в RAM). За да ги получите, трябва да се изправите и да изминете няколко метра. И това, с което човек в момента не работи, се архивира ( записан на твърд диск).

Колкото по-широка е масата, толкова повече документи ще се поберат върху нея, което означава, че служителят ще има бърз достъп до повече информация ( Колкото по-голям е капацитетът на кеша, толкова по-бързо работи програмата или устройството на теория.).

Понякога прави грешки – държи на бюрото си документи с невярна информация и ги използва в работата си. В резултат на това качеството на работата му намалява ( Грешките в кеша водят до програмни и хардуерни повреди). За да коригира ситуацията, служителят трябва да изхвърли документи с грешки и да постави правилните на тяхно място ( изчистване на кеша).

Масата е с ограничена площ ( кеш паметта има ограничен капацитет). Понякога може да се разшири, например чрез преместване на втора таблица, а понякога не може (размерът на кеша може да се увеличи, ако такава възможност е предоставена от програмата; хардуерният кеш не може да бъде променен, тъй като е реализиран хардуерно) .

Друг начин за ускоряване на достъпа до повече документи, отколкото бюрото може да побере, е да накарате асистент да сервира документите на работниците от рафта (операционната система може да разпредели част от неизползваната RAM за кеширане на данни на устройството). Но все още е по-бавно, отколкото да ги вземете от масата.

Наличните документи трябва да отговарят на текущите задачи. Самият служител трябва да следи това. Трябва редовно да подреждате нещата (премахването на неподходящи данни от кеш паметта пада върху раменете на приложенията, които я използват; някои програми имат функция за автоматично изчистване на кеша).

Ако служител забрави да поддържа реда на работното място и да поддържа актуална документация, той може да си състави график за почистване на бюрото и да го използва като напомняне. В краен случай поверете това на асистент (ако приложение, зависимо от кеш паметта, е станало по-бавно или често изтегля неподходящи данни, използвайте инструменти за почистване на кеша по график или извършвайте тази манипулация ръчно на всеки няколко дни).

Всъщност срещаме „кеширащи функции“ навсякъде. Това включва закупуване на хранителни стоки за бъдещи нужди, както и различни действия, които извършваме мимоходом, по едно и също време и т.н. По същество това е всичко, което ни спасява от ненужна суета и ненужни движения, рационализира живота ни и улеснява работата ни. Компютърът прави същото. Накратко, ако нямаше кеш, щеше да работи стотици и хиляди пъти по-бавно. И вероятно няма да ни хареса.

Още на сайта:

Какво е кеш, защо е необходим и как работи?актуализиран: 25 февруари 2017 г. от: Джони Мнемоник

Чиповете в повечето съвременни настолни компютри имат четири ядра, но производителите на чипове вече обявиха планове за преминаване към шест ядра, а 16-ядрените процесори все още не са необичайни за сървърите от висок клас днес.

Колкото повече ядра има, толкова по-голям е проблемът с разпределянето на паметта между всички ядра, докато работят заедно по едно и също време. С увеличаването на броя на ядрата става все по-полезно да се сведе до минимум загубата на време за управление на ядрата при обработка на данни - защото скоростта на обмен на данни изостава от скоростта на процесора и обработката на данни в паметта. Можете физически да получите достъп до бързия кеш на някой друг или можете да получите достъп до собствения си бавен, но спестите време за прехвърляне на данни. Задачата се усложнява от факта, че количеството памет, поискано от програмите, не съответства ясно на количеството кеш памет от всеки тип.

Физически възможно най-близо до процесора може да бъде разположено само много ограничено количество памет - L1 кеш паметта на процесора, чийто обем е изключително незначителен. Даниел Санчес, По-Ан Цай и Нейтън Бекман, изследователи от лабораторията за компютърни науки и изкуствен интелект на Масачузетския технологичен институт, научиха компютър да конфигурира различни типове памет за гъвкава йерархия от програми в реално време. Новата система, наречена Jenga, анализира обемните нужди и честотата на програмен достъп до паметта и преразпределя мощността на всеки от 3-те вида процесорен кеш в комбинации, които осигуряват повишена ефективност и икономия на енергия.

Като начало изследователите тестваха повишаването на производителността при комбиниране на статична и динамична памет при работа върху програми за едноядрен процесор и получиха първична йерархия - кога коя комбинация е по-добре да се използва. От 2 вида памет или от една. Бяха оценени два параметъра: забавяне на сигнала (латентност) и консумация на енергия по време на работа на всяка програма. Приблизително 40% от програмите започнаха да работят по-зле с комбинация от видове памет, останалите - по-добре. След като записаха кои програми „харесват“ смесена производителност и кои харесват размера на паметта, изследователите изградиха своята система Jenga.

Те тестваха виртуално 4 вида програми на виртуален компютър с 36 ядра. Тествани програми:

• omnet - Objective Modular Network Testbed, C библиотека за симулация и платформа за инструменти за мрежова симулация (синьо на снимката)
• mcf - рамка за мета съдържание (червен цвят)
• astar - софтуер за показване на виртуална реалност (зелен)
• bzip2 - архиватор (лилав цвят)

Нива на кеша

Кеш паметта на процесора е разделена на няколко нива. За универсални процесори - до 3. Най-бързата памет е кеш паметта от първо ниво - L1-cache, тъй като се намира на същия чип като процесора. Състои се от кеш за инструкции и кеш за данни. Някои процесори без L1 кеш не могат да функционират. L1 кешът работи на честотата на процесора и може да бъде достъпен на всеки такт. Често е възможно да се извършват няколко операции за четене/запис едновременно. Обемът обикновено е малък - не повече от 128 KB.

Кешът от второ ниво, L2, взаимодейства с кеша L1. Той е вторият най-бърз. Обикновено се намира или върху чипа, като L1, или в непосредствена близост до ядрото, като например в процесорна касета. В по-старите процесори, набор от чипове на дънната платка. Обем на L2 кеша от 128 KB до 12 MB. В съвременните многоядрени процесори кешът от второ ниво, разположен на същия чип, е отделна памет - при общ размер на кеша от 8 MB, всяко ядро ​​отчита 2 MB. Обикновено латентността на L2 кеша, разположен на основния чип, е от 8 до 20 тактови цикъла на ядрото. При задачи, включващи множество достъпи до ограничена област на паметта, например СУБД, пълното му използване увеличава производителността десетократно.

Кешът L3 обикновено е дори по-голям, макар и малко по-бавен от кеша L2 (поради факта, че шината между L2 и L3 е по-тясна от шината между L1 и L2). L3 обикновено се намира отделно от ядрото на процесора, но може да бъде голям - над 32 MB. Кешът L3 е по-бавен от предишните кешове, но все още е по-бърз от RAM. В многопроцесорните системи се използва често. Използването на кеш от трето ниво е оправдано в много тесен кръг от задачи и може не само да не осигури увеличаване на производителността, но, напротив, да доведе до общо намаляване на производителността на системата.

Деактивирането на кеша от второ и трето ниво е най-полезно при математически проблеми, когато количеството данни е по-малко от размера на кеша. В този случай можете да заредите всички данни в L1 кеша наведнъж и след това да ги обработите.

Jenga разпределя данни не само в зависимост от това кои програми се изпращат - тези, които обичат голяма едноскоростна памет или тези, които обичат скоростта на смесени кешове, но и в зависимост от физическата близост на клетките на паметта до обработваните данни. Независимо какъв тип кеш програмата изисква по подразбиране или по йерархия. Основното нещо е да се сведе до минимум забавянето на сигнала и консумацията на енергия. В зависимост от това колко типа памет „харесва“ програмата, Jenga моделира латентността на всяка виртуална йерархия с едно или две нива. Йерархиите на две нива образуват повърхност, йерархиите на едно ниво образуват крива. След това Jenga проектира минималното забавяне в размерите на VL1, което води до две криви. И накрая, Jenga използва тези криви, за да избере най-добрата йерархия (т.е. размер VL1).

Използването на Jenga има забележим ефект. Виртуалният 36-ядрен чип започна да работи с 30 процента по-бързо и използва 85 процента по-малко енергия. Разбира се, засега Jenga е просто симулация на работещ компютър и ще мине известно време, преди да видите реални примери за този кеш и дори преди производителите на чипове да го приемат, ако им хареса технологията.

Конфигурация на конвенционална 36-ядрена машина

• Процесори. 36 ядра, x86-64 ISA, 2,4 GHz, Silvermont-like OOO: 8B-wide
  ifetch; 2-ниво bpred с 512×10-битови BHSRs + 1024×2-битови PHT, 2-посочно декодиране/издаване/преименуване/комит, 32-влизане IQ и ROB, 10-вписване LQ, 16-вписване SQ; 371 pJ/инструкция, 163 mW/ядро статична мощност
• L1 кешове. 32 KB, 8-посочен набор-асоциативни, разделени кешове за данни и инструкции,
  3-цикълна латентност; 15/33 pJ на попадение/пропускане
• Услуга Prefetchers. Предварителни извличащи потоци с 16 входа, моделирани след и валидирани спрямо
  Нехалем
• L2 кешове. 128 KB лично на ядро, 8-посочен набор-асоциативен, включително, 6-цикълна латентност; 46/93 pJ на попадение/пропускане
• Кохерентен режим. 16-посочни, 6-цикълни латентни указателни банки за Jenga; в кеша L3 директории за други
• Глобален NoC. 6×6 меша, 128-битови флитове и връзки, X-Y маршрутизиране, 2-циклични конвейерни рутери, 1-циклични връзки; 63/71 pJ на обхождане на рутер/линк, 12/4mW статична мощност на рутер/линк
• Статичната памет блокира SRAM. 18 MB, една банка от 512 KB на плочка, 4-посочен zcache с 52 кандидата, 9-цикълно забавяне на банката, Vantage разделяне; 240/500 pJ на удар/пропуск, 28 mW/банка статична мощност
• Многослойна подредена DRAM. 1152MB, едно хранилище от 128MB на 4 плочки, Alloy с MAP-I DDR3-3200 (1600MHz), 128-битова шина, 16 ранга, 8 банки/ранг, 2 KB буфер на редове; 4,4/6,2 nJ на попадение/пропускане, 88 mW/статична мощност на трезор
• Основна памет. 4 DDR3-1600 канала, 64-битова шина, 2 ранга/канал, 8 банки/ранг, 8 KB редов буфер; 20 nJ/достъп, 4W статична мощност
• DRAM времена. tCAS=8, tRCD=8, tRTP=4, tRAS=24, tRP=8, tRRD=4, tWTR=4, tWR=8, tFAW=18 (всички времена в tCK; подредената DRAM има половината от tCK като основна памет )

Добър ден на всички Днес ще се опитаме да ви обясним понятието кеш. Кеш паметта на процесора е ултра-бърз масив за обработка на данни, чиято скорост надвишава стандартната RAM 16-17 пъти, ако говорим за DDR4.

От тази статия ще научите:

Това е обемът на кеш паметта, който позволява на процесора да работи на максимални скорости, без да чака RAM да обработи каквито и да е данни и да изпрати резултатите от готовите изчисления към чипа за по-нататъшна обработка. Подобен принцип може да се види в HDD, само че той използва буфер от 8–128 MB. Друго нещо е, че скоростите са много по-ниски, но процесът на работа е подобен.

Какво е кеш на процесора?

Как обикновено протича процесът на изчисление? Всички данни се съхраняват в RAM, която е предназначена за временно съхранение на важна потребителска и системна информация. Процесорът избира определен брой задачи за себе си, които се натискат в ултра-бърз блок, наречен кеш памет, и започва да се справя с преките си отговорности.

Резултатите от изчислението отново се изпращат в RAM, но в много по-малки количества (вместо хиляда изходни стойности, получаваме много по-малко) и се взема нов масив за обработка. И така докато свърши работата.

Скоростта на работа се определя от ефективността на RAM паметта. Но нито един съвременен DDR4 модул, включително решенията за овърклок с честоти под 4000 MHz, не се доближава до възможностите на най-закърнелия процесор с неговия „бавен“ кеш.

Това е така, защото скоростта на процесора надвишава производителността на RAM средно 15 пъти или дори повече. И не гледайте само честотните параметри; освен тях има много разлики.
На теория се оказва, че дори свръхмощните Intel Xeon и AMD Epyc са принудени да работят на празен ход, но всъщност и двата сървърни чипа работят на границата на възможностите си. И всичко това, защото те събират необходимото количество данни според размера на кеша (до 60 MB или повече) и незабавно обработват данните. RAM служи като вид склад, от който се черпят масиви за изчисления. Изчислителната ефективност на компютъра се увеличава и всички са доволни.

Кратка екскурзия в историята

Първите споменавания на кеш паметта датират от края на 80-те години. До този момент скоростта на процесора и паметта бяха приблизително еднакви. Бързото развитие на чиповете изискваше да се намери някакъв вид „патерица“, за да се повиши нивото на производителност на RAM, но използването на ултра-бързи чипове беше много скъпо и затова решиха да се задоволят с по-икономичен вариант - въвеждане на високо- ускорява масива от памет в процесора.

Модулът на кеш паметта се появи за първи път в Intel 80386. По това време латентностите при работа на DRAM варираха около 120 наносекунди, докато по-модерният модул SRAM намали латентността до впечатляващите 10 наносекунди за онези времена. Приблизителна картина е по-ясно демонстрирана в конфронтацията между HDD и SSD.

Първоначално кеш паметта беше запоена директно върху дънните платки, поради нивото на технологиите по това време. Започвайки с Intel 80486, 8 KB памет бяха вградени директно в матрицата на процесора, което допълнително повишава производителността и намалява площта на матрицата.

Тази технология на подреждане остана актуална само до пускането на Pentium MMX, след което SRAM паметта беше заменена от по-модерна SDRAM.
И процесорите са станали много по-малки и следователно няма нужда от външни схеми.

Нива на кеша

В етикетирането на съвременните процесори, в допълнение към и, можете да намерите концепцията за размер на кеша на нива 1, 2 и 3. Как се определя и какво влияе? Нека го разберем с прости думи.

• Кешът от ниво 1 (L1) е най-важният и най-бързият чип в архитектурата на процесора. Един процесор може да побере брой модули, равен на броя на ядрата. Трябва да се отбележи, че чипът може да съхранява в паметта най-популярните и важни данни само от своето ядро. Размерът на масива често е ограничен до 32–64 KB.
• Кеш от второ ниво (L2) - спадът в скоростта се компенсира от увеличаване на размера на буфера, който достига 256 или дори 512 KB. Принципът на работа е същият като този на L1, но честотата на заявките към паметта е по-ниска, поради съхраняването на данни с по-нисък приоритет в нея.
• Кешът от трето ниво (L3) е най-бавният и най-обемният раздел сред всички тях. И въпреки това този масив е много по-бърз от RAM. Размерът може да достигне 20 и дори 60 MB, когато става въпрос за сървърни чипове. Ползите от масива са огромни: той е ключова връзка в обмена на данни между всички ядра на системата. Без L3 всички елементи на чипа биха били разпръснати.

В продажба можете да намерите както двустепенни, така и тристепенни структури на паметта. Кое е по-добро? Ако използвате процесора само за офис програми и ежедневни игри, няма да усетите разлика. Ако системата е сглобена с оглед на сложни 3D игри, архивиране, рендиране и работа с графики, тогава увеличението в някои случаи ще варира от 5 до 10%.
Кеш от трето ниво е оправдан само ако възнамерявате редовно да работите с многонишкови приложения, които изискват редовни сложни изчисления. Поради тази причина сървърните модели често използват големи L3 кешове. Въпреки че има случаи, когато това не е достатъчно и затова трябва допълнително да инсталирате така наречените L4 модули, които изглеждат като отделен чип, свързан към дънната платка.

Как мога да разбера броя на нивата и размера на кеша на моя процесор?

Нека започнем с факта, че това може да стане по 3 начина:

• чрез командния ред (само кеш L2 и L3);
• чрез търсене на спецификации в интернет;
• използване на помощни програми на трети страни.

Ако вземем за основа факта, че за повечето процесори L1 е 32 KB, а L2 и L3 могат да варират значително, последните 2 стойности са това, от което се нуждаем. За да ги търсите, отворете командния ред чрез „Старт“ (въведете стойността „cmd“ през лентата за търсене).

Системата ще покаже подозрително висока стойност за L2. Трябва да го разделите на броя на процесорните ядра и да разберете крайния резултат.

Ако планирате да търсите данни в мрежата, първо разберете точното име на процесора. Щракнете с десния бутон върху иконата "Моят компютър" и изберете "Свойства". В колоната „Система“ ще има елемент „Процесор“, от който всъщност се нуждаем. Пренаписвате името му в Google или Yandex и гледате значението в сайтовете. За надеждна информация е по-добре да изберете официалните портали на производителя (Intel или AMD).
Третият метод също не създава проблеми, но изисква инсталирането на допълнителен софтуер като GPU-Z, AIDA64 и други помощни програми за изследване на спецификациите на камъка. Опция за тези, които обичат овърклок и бърникане в детайли.

Резултати

Сега разбирате какво е кеш паметта, от какво зависи нейният размер и за какви цели се използва ултра-бърз масив от данни. В момента най-интересните решения на пазара от гледна точка на голяма кеш памет са устройствата AMD Ryzen 5 и 7 с техните 16 MB L3.

В следващите статии ще разгледаме теми като процесори, предимствата на чиповете и др. и останете на линия. До следващия път, чао.

Един от важните фактори, които повишават производителността на процесора, е наличието на кеш памет, или по-скоро нейния обем, скорост на достъп и разпределение между нивата.

От доста време почти всички процесори са оборудвани с този тип памет, което още веднъж доказва полезността на нейното присъствие. В тази статия ще говорим за структурата, нивата и практическото предназначение на кеш паметта, като много важна характеристика на процесора.

Какво е кеш памет и нейната структура

Кеш паметта е свръхбърза памет, използвана от процесора за временно съхраняване на данни, които са най-често достъпни. Така можем накратко да опишем този вид памет.

Кеш паметта е изградена на тригери, които от своя страна се състоят от транзистори. Група транзистори заема много повече място от същите кондензатори, които съставляват RAM. Това води до много трудности при производството, както и ограничения в обема. Ето защо кеш паметта е много скъпа памет, но има незначителни обеми. Но от тази структура идва основното предимство на такава памет - скоростта. Тъй като джапанките не се нуждаят от регенерация и времето на забавяне на портата, на която са сглобени, е малко, времето за превключване на джапанката от едно състояние в друго се случва много бързо. Това позволява на кеш паметта да работи на същите честоти като съвременните процесори.

Също така важен фактор е разположението на кеш паметта. Той се намира на самия процесорен чип, което значително намалява времето за достъп. Преди това кеш паметта на някои нива беше разположена извън процесорния чип, върху специален SRAM чип някъде на дънната платка. Сега почти всички процесори имат кеш памет, разположена на чипа на процесора.

За какво се използва кеша на процесора?

Както бе споменато по-горе, основната цел на кеш паметта е да съхранява данни, които често се използват от процесора. Кешът е буфер, в който се зареждат данни, и въпреки малкия си размер (около 4-16 MB) в съвременните процесори, той дава значително увеличение на производителността във всяко приложение.

За да разберем по-добре необходимостта от кеш памет, нека си представим организирането на паметта на компютър като офис. RAM ще бъде шкаф с папки, до които счетоводителят периодично има достъп, за да извлече големи блокове от данни (т.е. папки). И таблицата ще бъде кеш памет.

Има елементи, които се поставят на бюрото на счетоводителя, към които той се обръща няколко пъти в рамките на един час. Например, това могат да бъдат телефонни номера, някои примери за документи. Този тип информация се намира точно на масата, което от своя страна увеличава скоростта на достъпа до тях.

По същия начин могат да се добавят данни от тези големи блокове данни (папки) към таблицата за бърза употреба, например документ. Когато този документ вече не е необходим, той се поставя обратно в шкафа (в RAM), като по този начин изчиства таблицата (кеш паметта) и освобождава тази таблица за нови документи, които ще бъдат използвани в следващия период от време.

Също така с кеш паметта, ако има някакви данни, които е най-вероятно да бъдат достъпни отново, тогава тези данни от RAM се зареждат в кеш паметта. Много често това се случва чрез съвместно зареждане на данните, които е най-вероятно да бъдат използвани след текущите данни. Тоест има предположения какво ще се използва „след това“. Това са сложните принципи на работа.

Нива на кеша на процесора

Съвременните процесори са оборудвани с кеш памет, която често се състои от 2 или 3 нива. Разбира се, има изключения, но това често е така.

Най-общо може да има следните нива: L1 (първо ниво), L2 (второ ниво), L3 (трето ниво). Сега малко повече подробности за всеки от тях:

Кеш паметта от първо ниво (L1) е най-бързото ниво на кеш паметта, което работи директно с ядрото на процесора. Благодарение на това тясно взаимодействие, това ниво има най-кратко време за достъп и работи на честоти, близки до процесора. Това е буфер между процесора и кеша от второ ниво.

Ще разгледаме обеми на високопроизводителен процесор Intel Core i7-3770K. Този процесор е оборудван с 4x32 KB L1 кеш памет 4 x 32 KB = 128 KB. (32 KB на ядро)

Кеш от второ ниво (L2) – второто ниво е по-голямо от първото, но в резултат на това има по-ниски „скоростни характеристики“. Съответно той служи като буфер между нивата L1 и L3. Ако погледнем отново нашия пример Core i7-3770 K, тогава размерът на L2 кеш паметта е 4x256 KB = 1 MB.

Кеш от трето ниво (L3) – третото ниво отново е по-бавно от предишните две. Но все още е много по-бърз от RAM. Размерът на L3 кеша в i7-3770K е 8 MB. Ако предишните две нива се споделят от всяко ядро, тогава това ниво е общо за целия процесор. Индикаторът е доста солиден, но не прекомерен. Тъй като, например, за процесори от серията Extreme като i7-3960X, той е 15 MB, а за някои нови процесори Xeon повече от 20.

we-it.net

За какво се използва кеш паметта и колко е необходима?

Не говорим за пари, а за кеш памет на процесора и др. Търговците си направиха пореден комерсиален фетиш от капацитета на кеш паметта, особено с кеша на централните процесори и твърдите дискове (видеокартите също го имат, но още не са стигнали до него). И така, има XXX процесор с 1 MB L2 кеш и абсолютно същият XYZ процесор с 2 MB кеш. Познайте кой е по-добър? А - не го правете веднага!

Кеш паметта е буфер, който съхранява това, което може и/или трябва да бъде отложено за по-късно. Процесорът върши работа и възникват ситуации, когато междинните данни трябва да се съхраняват някъде. Е, разбира се в кеша! - в края на краищата, той е с порядъци по-бърз от RAM, защото... той е в самата матрица на процесора и обикновено работи на същата честота. След известно време той ще извади тези данни и ще ги обработи отново. Грубо казано, това е като сортировач на картофи на конвейер, който всеки път, когато попадне на нещо различно от картофи (моркови), го хвърля в кутия. И когато се напълни, той става и го отнася в съседната стая. В този момент конвейерът е неподвижен и се наблюдава престой. Обемът на кутията е кешът в тази аналогия. И колко са необходими – 1 MB или 12? Ясно е, че ако обемът му е малък, ще трябва да отделите твърде много време за премахване и ще бъде просто, но след определен обем по-нататъшното му увеличаване няма да даде нищо. Е, сортировачът ще има кутия за 1000 кг моркови - но няма да има толкова през цялата си смяна и това НЯМА да го направи ДВА ПЪТИ ПО-БЪРЗ! Има още една тънкост - големият кеш може да доведе до увеличаване на забавянията при достъпа до него, първо, и в същото време вероятността от грешки в него се увеличава, например по време на овърклок - второ. (Можете да прочетете за това КАК да определите стабилността/нестабилността на процесора в този случай и да разберете, че грешката възниква в неговия кеш и да тествате L1 и L2 тук.) Трето, кешът изяжда прилично количество площ на чипа и транзистор бюджет на процесорната схема. Същото важи и за кеш паметта на твърдите дискове. И ако архитектурата на процесора е силна, той ще има кеш от 1024 KB или повече, търсен в много приложения. Ако имате бърз HDD, 16MB или дори 32MB са подходящи. Но никакво количество от 64 MB кеш няма да го направи по-бързо, ако това е подстригване, наречено зелена версия (Green WD) със скорост 5900 вместо необходимите 7200, дори ако последният има 8 MB. Тогава процесорите на Intel и AMD използват този кеш по различен начин (най-общо казано, AMD е по-ефективен и техните процесори често се чувстват комфортно с по-малки стойности). Освен това Intel има споделен кеш, но AMD го има индивидуално за всяко ядро. Най-бързият L1 кеш на AMD процесорите е 64 KB за данни и инструкции, което е два пъти повече от този на Intel. Кешът от трето ниво L3 обикновено присъства в топ процесори като AMD Phenom II 1055T X6 Socket AM3 2.8GHz или конкурента Intel Core i7-980X. На първо място, игрите обичат големи обеми на кеша. И много професионални приложения НЕ обичат кеша (вижте. Компютър за рендиране, редактиране на видео и професионални приложения). По-точно тези, които са най-взискателни, като цяло са безразлични към него. Но това, което определено не трябва да правите, е да изберете процесор въз основа на размера на кеша. Старият Pentium 4 в последните си проявления имаше 2MB кеш при работни честоти доста над 3GHz - сравнете производителността му с евтиния двуядрен Celeron E1***, работещ на честоти около 2GHz. Той няма да остави камък необърнат от стареца. По-уместен пример е високочестотният двуядрен E8600, който струва почти $200 (очевидно поради 6MB кеш) и Athlon II X4-620 2.6GHz, който има само 2MB. Това не пречи на Athlone да убие своя конкурент.

Както можете да видите от графиките, нито един кеш не може да замени допълнителните ядра нито в сложни програми, нито в игри, изискващи процесор. Athlon с 2MB кеш (червен) лесно бие Cor2Duo с 6MB кеш, дори при по-ниска честота и почти половината от цената. Освен това много хора забравят, че кешът присъства във видеокартите, защото, общо казано, те също имат процесори. Скорошен пример е видеокартата GTX460, където успяват не само да намалят капацитета на шината и паметта (за което купувачът ще се досети), но също така и съответно шейдърния кеш от 512Kb на 384Kb (за което купувачът НЯМА да познае ). И това също ще добави своя отрицателен принос към производителността. Също така ще бъде интересно да разберете зависимостта на производителността от размера на кеша. Нека да разгледаме колко бързо расте с увеличаване на размера на кеша, използвайки примера на същия процесор. Както знаете, процесорите от серията E6***, E4*** и E2*** се различават само по размера на кеша (съответно 4, 2 и 1 MB). Работейки на същата честота от 2400 MHz, те показват следните резултати.

Както можете да видите, резултатите не са твърде различни. Ще кажа нещо повече - ако беше замесен процесор с капацитет 6MB, резултатът щеше да се увеличи още малко, т.к. процесорите достигат насищане. Но при модели с 512Kb спадът би бил осезаем. С други думи, 2MB са достатъчни дори за игри. За да обобщим, можем да направим следния извод - кешът е добър, когато ВЕЧЕ има много от всичко останало. Наивно и глупаво е да променяте скоростта на твърдия диск или броя на процесорните ядра за размера на кеша на една и съща цена, защото дори и най-обемната кутия за сортиране няма да замени друг сортировач, но има и добри примери например Pentium Dual-Core в ранна ревизия на 65 nm процес имаше 1 MB кеш за две ядра (серия E2160 и подобни), а по-късната 45-nm ревизия на серията E5200 все още има 2 MB, при равни други условия ( и най-важното - ЦЕНА). Разбира се, трябва да изберете второто.

compua.com.ua

Какво е кеш, защо е необходим и как работи?

Всъщност има много кешове на компютъра и те служат не като сметище за отпадъци, а като ускорители за оборудване и приложения. Откъде са придобили репутацията на „улей за боклук на системата“? Нека да разберем какво е кеш, какво представлява, как работи и защо трябва да се почиства от време на време.

Кеш паметта или кеш паметта е специално хранилище на често използвани данни, достъпът до който е десетки, стотици и хиляди пъти по-бърз от RAM или други носители за съхранение.

Приложения (уеб браузъри, аудио и видео плейъри, редактори на бази данни и т.н.), компоненти на операционната система (кеш за миниатюри, DNS кеш) и хардуер (кеш на процесора L1-L3, графичен фреймбуфер) имат своя собствена кеш памет, буфери за съхранение). . Реализира се по различни начини – софтуерно и хардуерно.

• Програмният кеш е просто отделна папка или файл, в който се зареждат например картини, менюта, скриптове, мултимедийно съдържание и друго съдържание на посетени сайтове. Това е тази папка, в която браузърът първо се гмурка, когато отворите отново уеб страница. Прехвърлянето на част от съдържанието от локално хранилище ускорява зареждането му и намалява мрежовия трафик.

• В устройствата за съхранение (по-специално твърдите дискове) кешът е отделен RAM чип с капацитет 1-256 Mb, разположен на електронната платка. Той получава информация, прочетена от магнитния слой и все още незаредена в RAM, както и данни, които най-често се изискват от операционната система.

• Съвременният централен процесор съдържа 2-3 основни нива на кеш памет (наричана още ултра памет с произволен достъп), разположени под формата на хардуерни модули на един и същи чип. Най-бързият и най-малък по размер (32-64 Kb) е кеш ниво 1 (L1) - той работи на същата честота като процесора. L2 заема средна позиция по скорост и капацитет (от 128 Kb до 12 Mb). А L3 е най-бавният и най-обемният (до 40 Mb), като при някои модели го няма. Скоростта на L3 е ниска само спрямо по-бързите му братя, но също така е стотици пъти по-бърза от най-производителната RAM.

Флаш паметта на процесора се използва за съхраняване на постоянно използвани данни, изпомпвани от RAM и инструкции на машинния код. Колкото повече е, толкова по-бърз е процесорът.

Днес три нива на кеширане вече не са ограничението. С появата на архитектурата Sandy Bridge Intel внедри допълнителен кеш L0 (предназначен за съхраняване на декриптирани микроинструкции) в своите продукти. И най-високопроизводителните процесори също имат кеш от четвърто ниво, направен под формата на отделен чип.

Схематично взаимодействието на кеш нивата L0-L3 изглежда така (използвайки примера на Intel Xeon):

На човешки език за това как работи всичко

Хартиите, от които се нуждае по-рядко, се съхраняват наблизо на рафтове (в RAM). За да ги получите, трябва да се изправите и да изминете няколко метра. И това, с което човек в момента не работи, се архивира (записва се на харда).

Колкото по-широка е масата, толкова повече документи ще се поберат върху нея, което означава, че работникът ще може бързо да получи достъп до по-голямо количество информация (колкото по-голям е капацитетът на кеша, толкова по-бързо работи програмата или устройството на теория).

Понякога прави грешки – държи на бюрото си документи с невярна информация и ги използва в работата си. В резултат на това качеството на работата му намалява (грешките в кеша водят до неизправности на програмите и хардуера). За да коригира ситуацията, служителят трябва да изхвърли документи с грешки и да постави правилните на тяхно място (изчистете кеш паметта).

Таблицата има ограничена площ (кеш паметта има ограничен капацитет). Понякога може да се разшири, например чрез преместване на втора таблица, а понякога не може (размерът на кеша може да се увеличи, ако такава възможност е предоставена от програмата; хардуерният кеш не може да бъде променен, тъй като е реализиран хардуерно) .

Друг начин за ускоряване на достъпа до повече документи, отколкото бюрото може да побере, е да накарате асистент да сервира документите на работниците от рафта (операционната система може да разпредели част от неизползваната RAM за кеширане на данни на устройството). Но все още е по-бавно, отколкото да ги вземете от масата.

Наличните документи трябва да отговарят на текущите задачи. Самият служител трябва да следи това. Трябва редовно да подреждате нещата (премахването на неподходящи данни от кеш паметта пада върху раменете на приложенията, които я използват; някои програми имат функция за автоматично изчистване на кеша).

Ако служител забрави да поддържа реда на работното място и да поддържа актуална документация, той може да си състави график за почистване на бюрото и да го използва като напомняне. В краен случай поверете това на асистент (ако приложение, зависимо от кеш паметта, е станало по-бавно или често изтегля неподходящи данни, използвайте инструменти за почистване на кеша по график или извършвайте тази манипулация ръчно на всеки няколко дни).

Всъщност срещаме „кеширащи функции“ навсякъде. Това включва закупуване на хранителни стоки за бъдещи нужди, както и различни действия, които извършваме мимоходом, по едно и също време и т.н. По същество това е всичко, което ни спасява от ненужна суета и ненужни движения, рационализира живота ни и улеснява работата ни. Компютърът прави същото. Накратко, ако нямаше кеш, щеше да работи стотици и хиляди пъти по-бавно. И вероятно няма да ни хареса.

f1comp.ru

Кеш, кеш, кеш - памет. За какво се използва кеш паметта? Влияние на размера и скоростта на кеша върху производителността.

Кеш - памет (cache, cash, buffer - англ.) - използва се в цифровите устройства като високоскоростен клипборд. Кеш паметта може да се намери на компютърни устройства като твърди дискове, процесори, видео карти, мрежови карти, CD устройства и много други.

Принципът на работа и архитектурата на кеша могат да варират значително.

Например кешът може да служи като обикновен клипборд. Устройството обработва данните и ги прехвърля към високоскоростен буфер, където контролерът предава данните към интерфейса. Такъв кеш е предназначен за предотвратяване на грешки, хардуерна проверка на данните за целостта или за кодиране на сигнала от устройството в разбираем сигнал за интерфейса, без забавяне. Тази система се използва например в CD/DVD устройства.

В друг случай кешът може да служи за съхраняване на често използван код и по този начин да ускори обработката на данни. Това означава, че устройството не трябва да изчислява или търси данните отново, което би отнело много повече време от четенето им от кеша. В този случай размерът и скоростта на кеша играят много важна роля.

Тази архитектура най-често се среща на твърди дискове, SSD устройства и централни процесори (CPU).

Когато устройствата работят, в кеша могат да се заредят специални програми за фърмуер или диспечер, които биха работили по-бавно с ROM (памет само за четене).

Повечето съвременни устройства използват смесен тип кеш, който може да служи както като клипборд, така и да съхранява често използван код.

Има няколко много важни функции, реализирани за кеша на процесорите и видеочиповете.

Комбиниране на изпълнителни единици. Процесорите и видео процесорите често използват бърз споделен кеш между ядрата. Съответно, ако едно ядро ​​е обработило информация и тя е в кеша и се получи команда за същата операция или за работа с тези данни, тогава данните няма да бъдат обработени отново от процесора, а ще бъдат взети от кеш за по-нататъшна обработка. Ядрото ще бъде разтоварено, за да обработи други данни. Това значително повишава производителността при подобни, но сложни изчисления, особено ако кешът е голям и бърз.

Споделеният кеш също позволява на ядрата да работят директно с него, заобикаляйки бавната RAM памет.

Кеширайте за инструкции. Има или споделен, много бърз L1 кеш за инструкции и други операции, или специален кеш за тях. Колкото повече инструкции се съхраняват в един процесор, толкова по-голям кеш за инструкции се изисква. Това намалява латентността на паметта и позволява на блока с инструкции да функционира почти независимо. Когато е пълен, блокът с инструкции започва периодично да не се използва, което забавя скоростта на изчисление.

Други функции и характеристики.

Трябва да се отбележи, че в CPU (централните процесори) се използва корекция на хардуерни грешки (ECC), тъй като малка грешка в кеша може да доведе до една непрекъсната грешка по време на по-нататъшната обработка на тези данни.

В CPU и GPU има йерархия на кеш паметта, която ви позволява да разделяте данните за отделните ядра и общите. Въпреки че почти всички данни от кеша от второ ниво все още се копират на третото, общо ниво, но не винаги. Първото ниво на кеша е най-бързо, а всяко следващо е по-бавно, но с по-голям размер.

За процесори три или по-малко нива на кеш се считат за нормални. Това позволява баланс между скорост, размер на кеша и разсейване на топлината. Трудно е да се намерят повече от две кеш нива във видео процесорите.

Размер на кеша, влияние върху производителността и други характеристики.

Естествено, колкото по-голям е кешът, толкова повече данни може да съхранява и обработва, но тук има сериозен проблем.

Големият кеш означава голям транзисторен бюджет. В сървърните процесори (CPU) кешът може да използва до 80% от транзисторния бюджет. Първо, това се отразява на крайната цена, и второ, консумацията на енергия и разсейването на топлината се увеличават, което не е сравнимо с повишената с няколко процента производителност.