מה זה מטמון l1, l2 ו- l3 ואיך זה עובד?

האם שמעת פעם על המטמון L1, L2 ו- L3 ? בטח כן, אך אם אינכם בטוחים מה משמעות באמת רמות המטמון הללו, במאמר זה ננסה להסביר הכל לפי מיטב יכולתנו. מעכשיו תוכלו להבין טוב יותר את מאפייני הזיכרון של מעבד.

אתם כבר תדעו שאחד המרכיבים החשובים ביותר במחשב הוא הזיכרון שלו, אנו מדברים כמובן על זיכרון RAM, זה בו כל התוכנות ומערכת ההפעלה נטענות כך שישמשו את המעבד או הצורך בגישה לדיסק. קשה.

זיכרון RAM מהיר בהרבה מכונן קשיח, במיוחד מכוננים מכניים. אבל עדיין ישנו זיכרון מהיר יותר במחשב שלנו, במיוחד בתוך המעבד שלנו, וזה זיכרון המטמון, וזה מה שנראה היום.

מדד התוכן

מה זיכרון המטמון של מעבד

הדבר הראשון שנצטרך לדעת הוא מה המטמון באופן כללי. כפי שכבר אמרנו, בתוך מחשב יש כמה סוגים של זיכרון ודווקא זיכרון המטמון יהיה המהיר מכולם.

רמות אחסון

כדי להתחיל, בשלב הראשון יהיה לנו את האחסון הראשי, שללא ספק הם כוננים קשיחים. בתוכם כל המידע נשמר לצמיתות, ממנו מערכת ההפעלה מייצרת מחשב פונקציונלי. זהו הזיכרון האיטי ביותר, מכ -150 מגה-בייט לשניה על דיסק קשיח (כונן קשיח מכני) ועד ל -3, 500 מגה-בייט / שניה של מערכות ה- SSD המהירות ביותר בשוק.

שנית, יהיה לנו זיכרון או זיכרון RAM באופן אקראי. זהו זיכרון קטן יותר של מצב מוצק, שאינו מסוגל לאחסן נתונים לצמיתות ומשמש כשער בין הדיסק הקשיח למעבד. הוא מציע מהירות העולה על 30, 000 מגהבייט / שניות ב- DDR4. זיכרון נקרא גם DRAM (זיכרון RAM דינמי) מכיוון שהוא צריך לעדכן כל הזמן בכדי למנוע אובדן מידע.

המדרגה השלישית, המהירה ביותר

ולבסוף אנו מגיעים לזה שבראש, המטמון. זהו זיכרון קטן מאוד המותקן בתוך המיקרו - מעבד שלו ובסוג ה- SRAM (Static RAM). זה הרבה יותר יקר לייצור מאשר RAM רגיל, והוא יכול להחזיק נתונים בלי להתעדכן כל הזמן.

העובדה שמותקנת בתוך המעבד הופכת אותו לקרוב ביותר לליבות העיבוד, וזו הסיבה שהוא חייב להיות ארור במהירות. למעשה, הוא מגיע למהירויות של יותר מ -200 ג'יגה-בתים / שניות ובהמתנות של בערך 10 או 11 נ ' (ננו-שניות). זיכרון המטמון אחראי לאחסון ההוראות שעומדות לעבד בקרוב על ידי המעבד, כך שהוא יוכל לגשת אליהם במהירות האפשרית.

בתורו, זיכרון המטמון מחולק למספר רמות, כל אחת מהן מהירה יותר, קטנה יותר וקרובה יותר למעבד. במעבדים יש כיום בסך הכל שלוש רמות של זיכרון מטמון. לפני שנדון בזה, בואו נסתכל במהירות על האופן שבו מטמון עובד.

איך מטמון עובד

אולי אינך יודע את זה, אך כמעט לכל ציוד היקפי והרכיבים של מחשב יש זיכרון מטמון משלהם, למשל, הכוננים הקשיחים עצמם, המדפסת וכמובן ה- GPUs של כרטיסי הגרפיקה. והתפקיד של כולם, כולל זה של מעבד יהיה זהה.

כידוע, מחשב "חכם" בזכות מערכת ההפעלה והתוכנות שלו. כל אחת מתוכנות אלה נוצרת משפת תכנות, אשר בתורן הן מערך של הוראות שצריך לבצע באופן מסודר במעבד. אנו אומרים בצורה מסודרת מכיוון שבשלב זה הגיוני בהקמת רמות אחסון שונות.

הנתונים מאוחסנים בצורה קבועה בכוננים הקשיחים, אך מכיוון שהם כל כך איטיים והם "כל כך רחוקים" מהמעבד, הם נטענים קודם בזיכרון ה- RAM, אחסון מהיר בהרבה ומשמש רק לתוכנות הנמצאות במבצע.

בקר הזיכרון נכנס לפעולה

אבל זה עדיין לא מספיק, מכיוון שמעבדי ה- CPU של היום כל כך מהירים ומסוגלים לבצע מיליוני פעולות בכל שנייה בכל ליבה, המטמון נכנס. בתוך המעבד יש בקר זיכרון, שהוא בעצם מה שכונה בעבר הגשר הצפוני או הגשר הצפוני והיה שבב שהותקן בלוח האם. ובכן, בקר זיכרון זה נמצא כעת בתוך המעבד והוא אחראי על קבלת ההוראות שעומדות להתבצע מזיכרון ה- RAM, וגם על החזרת התוצאות של מחזור העיבוד.

אבל ישנם גם שני סוגים של אוטובוסים האחראים על תקשורת המעבד עם זיכרון ה- RAM, הם נקראים אוטובוס נתונים ואוטובוס כתובת:

• אוטובוס נתונים: הם בעצם המסלולים שבהם הנתונים וההוראות מסתובבים. יהיה אוטובוס נתונים שתקשר זה עם זה את זיכרון ה- RAM, המטמון והליבות. אוטובוס כתובת: זהו ערוץ עצמאי בו המעבד מבקש את כתובת הזיכרון בה נמצאים הנתונים. ההוראות מאוחסנות בתאי זיכרון שיש להן כתובת, וגם ה- RAM, המטמון וגם ה- CPU חייבים לדעת זאת כדי לאתר את הנתונים המדוברים.

מטמון L1, L2 ו- L3

נכון לעכשיו, אנו כבר מבינים די בערך כיצד אחסון עובד במחשב אישי וכיצד מטמון עובד. אבל עלינו לדעת שיש מטמון L1, L2 ו- L3 בתוך המעבד, נראה מדהים שמשהו כל כך קטן מתאים לכל כך נכון? בשלוש רמות זיכרון המטמון מספקות היררכיה של מהירות וכמובן קיבולת.

זיכרון מטמון L1

המטמון L1 הוא התצורה המהירה ביותר, זו הקרובה ביותר לליבות. זה מאחסן את הנתונים שישמשו באופן מיידי על ידי המעבד, וזו הסיבה למהירויות הן סביב 1150 ג'יגה-בתים / שעה וההשהיה היא רק 0.9 ns.

גודל זיכרון המטמון הזה הוא בסביבות 256 קילוגרם בסך הכל, אם כי תלוי בעוצמת המעבד (ובעלות) הוא יהיה פחות או יותר, למעשה, למעבדי תחנות עבודה כמו Intel Core i9-7980 XE יש כמה 1152 KB בסך הכל.

מטמון L1 זה מחולק לשני סוגים, מטמון הנתונים L1 וקובץ ההוראות של L1, הראשון אחראי לאחסון הנתונים שעובדים והשני מאחסן את המידע על הפעולה שתבוצע (תוספת, חיסור, כפל, וכו ').

בנוסף, לכל ליבה קיימים במטמון L1 משלה, כך שאם יש לנו מעבד בעל 6 ליבות, יהיו לנו 6 מטמונים L1 המחולקים ל- L1 D ו- L1 I. במעבדי אינטל כל אחד מהם הוא 32 KB, וב- מעבדי AMD הם גם 32 KB או 64 KB ב- L1 I. כמובן שהם ישתנו בהתאם לאיכות ולעוצמה, כמו תמיד.

זיכרון מטמון L2

הבא שנמצא יהיה מטמון L2 או רמה 2. יש לזה יותר נפח אחסון, אם כי הוא יהיה מעט איטי יותר, בערך 470 ג'יגה-בתים / שניות ושהיית זמן של 2.8 ns. גודל האחסון משתנה בדרך כלל בין 256 KB ל- 18 MB. אנו כבר רואים כי מדובר ביכולות ניכרות למהירויות בהן אנו מטפלים.

הוראות ונתונים מאוחסנים בו בקרוב ישמשו את ה- CPU, ובמקרה זה הם לא מחולקים להוראות ולנתונים. אבל יש לנו זיכרון מטמון L2 לכל ליבה, לפחות זה המקרה עם המעבדים הרלוונטיים ביותר. עבור כל ליבה, יש בדרך כלל 256, 512 או עד 1024 KB.

זיכרון מטמון L3

לבסוף נמצא את המטמון L3, שיש לו מקום ייעודי לו על שבב המעבד. זה יהיה הגדול ביותר וגם האיטי ביותר, אנחנו מדברים על יותר מ -200 ג'יגה-בתים / שניות ו -11 ns של השהיה.

נכון לעכשיו למעבד ראוי יהיה לפחות 4MB מטמון L3, וניתן לראות כוננים של עד 64MB. ה- L3 נפרס בדרך כלל על כ- 2MB ליבה, אבל בואו נגיד שהוא לא נמצא בתוך כל ליבה, כך שיש אוטובוס נתונים לתקשורת איתם. הפירעון והמהירות של מעבד תלויים במידה רבה באוטובוס זה ובזיכרון ה- RAM עצמו וכאן אינטל מקבלת את הכוח שלה מ- AMD.

כיצד להכיר את המטמון L1, L2 ו- L3 של המעבד שלי

ובכן, אחת הדרכים המהירות ביותר לדעת מידע זה היא להוריד את הכלי CPU-Z, שהוא בחינם לחלוטין ויספק לך מידע מלא מאוד על ה- CPU שלך. אפילו שלושת הרמות וכמות האחסון לכל אחת. אתה יכול להוריד אותו מהאתר הרשמי שלו.

אתה יכול גם להכניס את הדגם והדגם בדפדפן ולהיכנס לדף היצרן, אם כי בדרך כלל הם מספקים רק מידע על מטמון ה- L3. כמובן שבסקירת המעבדים שלנו אנו מספקים מידע מלא אודות המטמון של כל מעבד ואנחנו מדדיים את ביצועיו.

חביון, רוחב אוטובוס וחוסר זיכרון מטמון

הבנו כי נתונים זורמים מהכונן הקשיח לליבת העיבוד דרך כל רמות הזיכרון. כאשר המעבד מחפש לראשונה את ההוראות הבאות לעיבוד, נמצא בזיכרון המטמון, מערכת איכות צריכה לדעת לאתר את הנתונים בצורה נכונה על סמך חשיבותם על מנת למזער את זמני הגישה אליהם, המכונה חביון..

חביון הוא אז הזמן שלוקח לגישה לנתונים מהזיכרון. ככל שיהיה זמן רב יותר ואיטי יותר, זמן אחוי גבוה יותר ומעבד ה- CPU יצטרך לחכות להוראות הבאות שלו. לכן כאשר הוראות אינן נמצאות בזיכרון המטמון, על המעבד לחפש אותו ישירות בזיכרון ה- RAM, זה נקרא חוסר זיכרון מטמון או פספוס מטמון, זה כאשר חווים מחשב איטי יותר.

רוחב האוטובוס הוא גם בעל חשיבות רבה למהירות, מכיוון שהוא מסמן את היכולת להעביר בלוקים גדולים של נתונים מהזיכרון למעבד. גם המעבד וגם ה- RAM הם 64 סיביות, אך הפונקציה של ערוץ כפול מסוגלת להכפיל את הקיבולת הזו ל 128 סיביות כך שלהעברה בין אלמנטים אלה יש קיבולת גדולה יותר.

מסקנה לגבי זיכרון המטמון L1, L2 ו- L3

אנחנו תמיד מסתכלים הרבה על מספר הליבות ומהירות המעבד, ברור שהוא קובע במידה רבה את המהירות הכוללת שלו. אך אלמנט שלעתים כלל לא נלקח בחשבון הוא זיכרון המטמון, והוא חיוני כשמדובר במעבד רב עוצמה.

בעל מעבד של 6 ליבות עם 4 או 16 מגהבייט של מטמון L3 למשל, יהיה משמעותי מאוד בכל הקשור למדידת הביצועים שלו, במיוחד כאשר יש לנו מספר תוכניות פתוחות. אז מעכשיו, תסתכל טוב על החלק הזה כשאתה מחליט לקנות מעבד, כי לא הכל תלוי בתדירות.

יש לנו הדרכות מעניינות יותר בנושא זה, אז הנה אנו משאירים אותן:

אנו ממליצים גם על מדריכי החומרה המעודכנים שלנו:

אנו מקווים כי כל המידע הזה שימש לך בכדי לדעת יותר על המעבדים וזיכרון המטמון. אם יש לך שאלות אתה יכול לשאול אותנו בתיבת התגובות. נתראה במדריך הבא!