Apa itu cache l1, l2 dan l3 dan bagaimana cara kerjanya?

Pernahkah Anda mendengar tentang cache L1, L2, dan L3 ? Tentunya ya, tetapi jika Anda tidak yakin apa arti sebenarnya dari level cache ini, dalam artikel ini kami akan mencoba menjelaskan semuanya dengan kemampuan terbaik kami. Mulai sekarang Anda akan lebih memahami karakteristik memori prosesor.

Anda sudah tahu bahwa salah satu komponen terpenting komputer adalah memorinya, tentu saja kita berbicara tentang memori RAM, komponen tempat semua program dan sistem operasi dimuat sehingga digunakan oleh prosesor atau kebutuhan untuk mengakses disk. sulit.

RAM jauh lebih cepat daripada hard drive, terutama dari drive mekanis. Tetapi masih ada memori yang lebih cepat di komputer kita, khususnya di dalam prosesor kita, dan ini adalah memori cache, yang akan kita lihat hari ini.

Indeks isi

Apa memori cache dari CPU

Hal pertama yang harus kita ketahui adalah apa itu cache secara umum. Seperti yang telah kami katakan, di dalam PC ada beberapa jenis memori dan tepatnya memori cache akan menjadi yang tercepat dari semuanya.

Tingkat penyimpanan

Untuk memulai, pada langkah pertama kita akan memiliki penyimpanan utama, yang tidak diragukan lagi adalah hard drive. Di dalamnya semua informasi disimpan secara permanen, darinya sistem operasi membuat PC fungsional. Ini adalah memori paling lambat, dari sekitar 150MB / s pada HDD (hard drive mekanik) hingga 3.500MB / s dari SSD tercepat di pasaran.

Kedua, kita akan memiliki memori akses atau RAM acak. Ini adalah memori solid state yang lebih kecil, yang tidak mampu menyimpan data secara permanen dan bertindak sebagai gateway antara hard disk dan prosesor. Ini menawarkan kecepatan lebih besar dari 30.000 MB / s di DDR4. Memori juga disebut DRAM (Dynamic RAM) karena harus terus diperbarui untuk menghindari kehilangan informasi.

Tingkat ketiga, tercepat

Dan akhirnya kita sampai pada yang di atas, cache. Ini adalah memori yang sangat kecil yang dipasang di dalam mikroprosesornya sendiri dan dari jenis SRAM (Static RAM). Ini jauh lebih mahal untuk diproduksi daripada RAM normal, dan dapat menyimpan data tanpa terus diperbarui.

Fakta diinstal di dalam CPU menjadikannya yang paling dekat dengan inti pemrosesan, dan itulah sebabnya ia harus sangat cepat. Bahkan, ia mencapai kecepatan lebih dari 200 GB / s dan latensi sekitar 10 atau 11 ns (nanoseconds). Memori cache bertugas menyimpan instruksi yang sebentar lagi akan diproses oleh CPU, sehingga dapat mengaksesnya secepat mungkin.

Pada gilirannya, memori cache dibagi menjadi beberapa level, masing-masing lebih cepat, lebih kecil dan lebih dekat ke prosesor. Prosesor saat ini memiliki total tiga level memori cache di dalamnya. Sebelum kita membahas hal ini, mari kita tengok cara kerja cache.

Cara kerja caching

Anda mungkin tidak mengetahuinya, tetapi secara praktis semua periferal dan elemen komputer memiliki memori cache sendiri, misalnya, hard drive itu sendiri, printer, dan tentu saja GPU kartu grafis. Dan fungsi dari semuanya, termasuk CPU akan sama.

Seperti kita ketahui, komputer "pintar" berkat sistem operasi dan program-programnya. Masing-masing program ini dibuat dari bahasa pemrograman, yang pada gilirannya adalah serangkaian instruksi yang harus dijalankan secara tertib dalam CPU. Kami mengatakan dengan tertib karena pada titik inilah menentukan tingkat penyimpanan yang berbeda masuk akal.

Data disimpan dengan cara yang tetap di hard drive, tetapi karena mereka sangat lambat dan "sangat jauh" dari CPU, mereka dimuat sebelumnya dalam memori RAM, penyimpanan yang jauh lebih cepat dan hanya digunakan untuk program-program yang dalam operasi.

Pengontrol memori mulai digunakan

Tetapi itu masih belum cukup, karena CPU saat ini begitu cepat dan mampu menjalankan jutaan operasi setiap detik pada setiap inti, cache masuk. Di dalam CPU ada memory controller, yang pada dasarnya adalah apa yang sebelumnya disebut north bridge atau north bridge dan merupakan chip yang dipasang pada motherboard. Nah, pengontrol memori ini sekarang berada di dalam CPU dan bertugas mengambil instruksi yang akan dieksekusi dari memori RAM, dan juga mengembalikan hasil dari siklus pemrosesan.

Tetapi ada juga dua jenis bus yang bertugas berkomunikasi CPU dengan memori RAM, mereka disebut bus data dan bus alamat:

• Data bus: mereka pada dasarnya adalah jalur di mana data dan instruksi bersirkulasi. Akan ada bus data yang mengkomunikasikan RAM, cache dan core satu sama lain. Bus alamat: ini adalah saluran independen tempat CPU meminta alamat memori tempat data berada. Instruksi disimpan dalam sel memori, yang memiliki alamat, dan baik RAM, cache dan CPU harus mengetahuinya untuk mencari data yang dimaksud.

L1, L2 dan L3 cache

Sekarang, kita sudah memahami secara kasar bagaimana penyimpanan bekerja pada PC, dan bagaimana caching bekerja. Tetapi kita harus tahu bahwa ada cache L1, L2 dan L3 di dalam CPU, tampaknya luar biasa bahwa sesuatu yang begitu kecil sangat pas? Untuk tiga level ini, memori cache memenuhi hirarki kecepatan dan tentu saja kapasitas.

Memori cache L1

Cache L1 adalah konfigurasi tercepat, yang paling dekat dengan inti. Ini menyimpan data yang akan segera digunakan oleh CPU, dan itulah sebabnya kecepatannya sekitar 1150 GB / s dan latensi hanya 0, 9 ns.

Ukuran memori cache ini adalah sekitar 256 KB total, walaupun tergantung pada daya CPU (dan biaya) itu akan lebih sedikit atau lebih besar, pada kenyataannya, prosesor Workstation seperti Intel Core i9-7980 XE memiliki beberapa Total 1152 KB.

Cache L1 ini dibagi menjadi dua jenis, cache data L1 dan cache instruksi L1, yang pertama bertugas menyimpan data yang akan diproses dan yang kedua menyimpan informasi tentang operasi yang akan dilakukan (penambahan, pengurangan, penggandaan, dll).

Selain itu, setiap inti memiliki cache L1 sendiri, jadi jika kita memiliki prosesor 6-core, kita akan memiliki 6 cache L1 dibagi menjadi L1 D dan L1 I. Dalam prosesor Intel masing-masing adalah 32 KB, dan pada Prosesor AMD juga 32 KB atau 64 KB pada L1 I. Tentu saja mereka akan bervariasi sesuai dengan kualitas dan kekuatan, seperti biasa.

Memori cache L2

Yang berikutnya akan kita temukan adalah L2 atau cache level 2. Ini memiliki kapasitas penyimpanan yang lebih besar, meskipun akan sedikit lebih lambat, sekitar 470 GB / s dan latensi 2, 8 ns. Ukuran penyimpanan biasanya bervariasi antara 256 KB dan 18 MB. Kita sudah melihat bahwa itu adalah kapasitas yang cukup besar untuk kecepatan yang kita tangani.

Instruksi dan data disimpan di dalamnya dan akan segera digunakan oleh CPU, dan dalam hal ini tidak dibagi menjadi Instruksi dan data. Tetapi kami memiliki cache L2 untuk setiap inti, setidaknya ini adalah kasus dengan prosesor yang paling relevan. Untuk setiap inti, biasanya ada 256, 512, atau hingga 1024 KB.

Memori cache L3

Akhirnya kita akan menemukan cache L3, yang memiliki ruang khusus untuk itu pada chip prosesor. Ini akan menjadi yang terbesar dan juga paling lambat, kita berbicara tentang lebih dari 200 GB / s dan 11 ns latensi.

Saat ini prosesor yang layak akan memiliki setidaknya 4MB cache L3, dan drive hingga 64MB dapat dilihat. L3 biasanya tersebar di sekitar 2MB per inti, tetapi katakan saja itu tidak di dalam setiap inti, jadi ada bus data untuk berkomunikasi dengan mereka. Solvabilitas dan kecepatan CPU sangat tergantung pada bus ini dan memori RAM itu sendiri, dan di sinilah Intel mendapatkan kekuatannya dari AMD.

Bagaimana cara mengetahui cache L1, L2 dan L3 dari prosesor saya

Nah, salah satu cara tercepat untuk mengetahui informasi ini adalah dengan mengunduh alat CPU-Z, yang sepenuhnya gratis dan akan memberi Anda informasi yang sangat lengkap tentang CPU Anda. Bahkan tiga level dan jumlah penyimpanan untuk masing-masing. Anda dapat mengunduhnya dari situs web resminya.

Anda juga bisa meletakkan make dan model di browser dan menuju ke halaman pabrikan, meskipun mereka biasanya hanya memberikan informasi tentang cache L3. Tentu saja, dalam semua tinjauan prosesor kami, kami memberikan informasi lengkap tentang cache setiap CPU dan kami membandingkan kinerjanya.

Latensi, lebar bus, dan kurangnya cache

Kami telah memahami bahwa data mengalir dari hard drive ke inti pemrosesan melalui semua level memori. Di mana prosesor pertama kali mencari instruksi selanjutnya untuk diproses, ada dalam memori cache, sistem yang berkualitas harus tahu cara menemukan data dengan benar berdasarkan pentingnya untuk meminimalkan waktu akses kepada mereka, yang disebut latensi.

Maka latensi adalah waktu yang diperlukan untuk mengakses data dari memori. Semakin jauh dan lebih lambat, latensi lebih tinggi dan lebih lama CPU harus menunggu instruksi selanjutnya. Jadi ketika sebuah instruksi tidak terletak di memori cache, prosesor harus mencarinya secara langsung dalam memori RAM, ini disebut kurangnya cache atau miss cache, ini adalah saat PC yang lebih lambat mengalami.

Lebar bus juga sangat penting untuk kecepatan, karena menandai kemampuan untuk mentransfer blok data yang lebih besar dari memori ke CPU. Baik CPU dan RAM 64 bit, tetapi fungsi Dual Channel mampu menggandakan kapasitas ini menjadi 128 bit sehingga transfer antara elemen-elemen ini memiliki kapasitas yang lebih besar.

Kesimpulan tentang memori cache L1, L2 dan L3

Kami selalu melihat banyak pada jumlah core dan kecepatan prosesor, jelas bahwa itu sangat menentukan kecepatan totalnya. Tetapi elemen yang terkadang tidak diperhitungkan adalah memori cache, dan sangat penting untuk memiliki prosesor yang kuat.

Memiliki CPU 6-core dengan 4 atau 16 MB L3 cache misalnya, akan sangat signifikan dalam hal mengukur kinerjanya, terutama ketika kami memiliki beberapa program terbuka. Jadi, mulai sekarang, perhatikan baik-baik bagian ini ketika Anda memutuskan untuk membeli prosesor, karena tidak semuanya tergantung pada frekuensi.

Kami memiliki lebih banyak tutorial menarik tentang topik ini, jadi di sini kita tinggalkan mereka:

Kami juga merekomendasikan panduan perangkat keras kami yang diperbarui:

Kami berharap semua informasi ini bermanfaat bagi Anda untuk mengetahui lebih lanjut tentang prosesor dan memori cache. Jika Anda memiliki pertanyaan, Anda dapat bertanya kepada kami di kotak komentar. Sampai jumpa di tutorial selanjutnya!