La memorie cache Nuk ka qenë gjithmonë në CPU. Në fakt, procesorët e vjetër nuk e kishin një të tillë. Më vonë, dolën module të ngjashme me modulet RAM të sotme, të cilat ju lejonin të shtonit opsionalisht një memorje të përkohshme për të përmirësuar performancën e CPU-së tuaj, ngjashëm me mënyrën se si shtoheshin bashkëprocesorët matematikë, ose FPU-të.
Në mikroprocesorët aktualë, memoria cache ka qenë i integruar brenda vetë çipit, tani një pjesë pothuajse e pandashme e tyre, dhe me disa nivele për të përfituar më shumë prej saj. Në këtë tutorial, do të mësoni më shumë rreth këtij lloji të kujtesës dhe rëndësisë së saj.
Çfarë është cache?
Para se të filloj të shpjegoj se çfarë është memoria cache, do të doja të bëja një përmbledhje shumë të shkurtër. si funksionon një CPU, në mënyrë që ta kuptoni më mirë performancën e saj. Thënë thjesht, CPU-ja nuk është gjë tjetër veçse një "kalkulator" që përpunon një sërë operacionesh me bit të dhënash.
Është softueri, programi, që do të tregojë se cilat llogaritje duhet të kryejë CPU-ja. Programi përbëhet nga një seri të dhënash dhe udhëzimesh. Të gjitha këto të dhëna dhe udhëzime ruhen në memoria sekondare (hard disku) do të dërgohen në memorien kryesore (primare). Nga aty, ato do të kapen nga CPU dhe do të futen në memorien e saj të brendshme. Udhëzimi do të tregojë se çfarë duhet të bëjë CPU me të dhënat. Për shembull, mund të jetë një udhëzim mbledhjeje. Kështu ekzekutohet softueri…
Shkurt, kompjuterët e hershëm përdornin një nivel të vetëm memorieje të ngadaltë (një lloj ROM-i ose memorieje magnetike) nga e cila merrnin këto udhëzime dhe të dhëna. Por, ndërsa CPU-të evoluan dhe u bënë më të shpejta, lindën pengesa të mëdha për shkak të ngadalësisë së kësaj memorieje. Kjo është arsyeja pse u fut një memorie e shpejtë me memorje tampon midis CPU-së dhe memories dytësore: dashi (SDRAM).
Pavarësisht kësaj, CPU-ja vazhdoi të evoluonte më shpejt se shpejtësia e vetë RAM-it, duke krijuar një pengesë tjetër. Kështu, u zhvillua një memorie tjetër, shumë më e shpejtë, më afër procesorit dhe e vendosur midis RAM-it dhe CPU-së: memoria e përkohshme (SRAM).
Memoria sekondare është e lirë, kështu që mund të merrni kapacitete të mëdha me një çmim të mirë. Në rastin e RAM-it, është më e shpejtë, por edhe më e shtrenjtë se memoria sekondare. Kjo është arsyeja pse kapacitetet e memories primare nuk janë aq të mëdha. Nëse vazhdojmë më poshtë, hasim memorien cache, e cila është edhe më e shtrenjtë, dhe për këtë arsye ka kapacitete shumë të ulëta. Pastaj janë regjistrat, gjithashtu jashtëzakonisht të shtrenjtë dhe të kufizuar...
Me këtë memorie të përkohshme, bërthamat e CPU-së mund të furnizohen shumë më shpejt, në mënyrë që vonesat dhe gjerësia e brezit RAM-i funksionon në mënyrë që të mos ndikojë aq shumë në performancën e CPU-së. Është një mënyrë për t'i ofruar ato të dhëna dhe udhëzime shumë më lokalisht dhe shpejt... Me fjalë të tjera, në mënyrë që ato të jenë më "në dispozicion".
Në ditët e sotme, përmirësimi i kujtesës sekondare ka sjellë një hap të madh. Po i referohem të resë SSD ose disqe të forta me gjendje të ngurtëMegjithatë, ato janë akoma më të ngadalta se RAM-i, kështu që këto nivele të tjera janë akoma të nevojshme.
Nivelet e memorjes së përkohshme në një procesor modern
Në një procesor modern, nuk ka vetëm një nivel të memories cache, por ajo është e ndarë në disa nivele. Zakonisht, ka midis 2 dhe 4. nivele ose nivele (L):
- LLC (Cache e Nivelit të Fundit)Ky është niveli i fundit i memories cache, domethënë ai që është "më afër" RAM-it, ai me numrin më të lartë brenda procesorit. Mund të jetë L4, L3 ose L2, varësisht nga niveli. Për shembull, në procesorët aktualë Intel dhe AMD, është L3. Kjo memorie mund të arrijë disa megabajt dhe është e unifikuar, që do të thotë se ruan si të dhëna ashtu edhe udhëzime. Në përgjithësi, ky lloj memorieje ndahet nga të gjitha bërthamat, nëse ka disa. Nëse, për shembull, ka L3 dhe L2, L2 mund t'i dedikohet vetëm një bërthame ose të ndahet nga dy bërthama, dhe L3 do t'i ushqente të gjitha ato.
- L1 cacheKjo memorje e përkohshme është më e shpejtë se ajo e mëparshmja dhe ndodhet edhe më afër njësisë së kontrollit, kështu që mund të marrë informacion dhe ta dërgojë atë te njësitë e ekzekutimit më shpejt. Ndryshe nga nivelet më të larta, L1 ka një kapacitet më të ulët, gjë që është normale, pasi sa më të ulëta të jenë nivelet, aq më i ulët është kapaciteti. Por ndryshimi më i dukshëm është se në shumë procesorë, nuk është i unifikuar si nivelet e tjera. Në këtë rast, është i ndarë në L1I dhe L1D, domethënë vetëm për udhëzime dhe vetëm për të dhëna.
Pse është e rëndësishme?
Epo, në këtë pikë do të keni tashmë një përshtypje për arsyen pse përmirëson PerformancaNjë shembull praktik do t'ju ndihmojë ta kuptoni shumë mirë këtë. Imagjinoni sikur ju (CPU-ja) duhet të shkoni dhe të merrni mjetet (udhëzimet dhe të dhënat) që ju nevojiten për të bërë një punë (një program).
Nuk është e njëjta gjë të kesh mjetet në dyqan (memorie dytësore), sesa t'i kesh në garazh (RAM), ose t'i kesh në majë të gishtave (cache). Nëse duhet të shkosh në dyqan ose në garazh, do të duhet shumë më tepër kohë sesa nëse mund të shtrihesh dhe t'i marrësh pranë teje. Kjo nuk është gjithmonë rasti. Kur ke nevojë për një udhëzim ose të dhënë për herë të parë, do të duhet të shkosh në dhomë ose në garazh për t'i marrë ato. Por pasi t'i kesh marrë dhe t'i kesh pranë teje, do të jesh shumë më efikas herën tjetër që do të kesh nevojë për to.
CPU-ja, nëpërmjet një sistemi i kërkimit dhe defekteve Gjithmonë do të kërkojë udhëzime dhe të dhëna së pari në L1. Nëse ka një dështim, do të kërkojë në L2, dhe nëse as ai nuk është aty, do të shkojë në L3 (nëse ka). Dhe nëse ka edhe një dështim, nuk do të ketë zgjidhje tjetër veçse të kërkojë në RAM, duke marrë më shumë cikle ore. Por nëse ka sukses, qasja do të jetë shumë më e shpejtë. Mos harroni se duhen më pak cikle për të hyrë në L1 sesa në L2, dhe L3 nga ana tjetër kërkon më pak cikle për të hyrë sesa LXNUMX, e kështu me radhë.
Ky është qëllimi i memorjes së përkohshme, të zvogëlojë vonesën e aksesit në memorie. Unë këmbëngul, unë jam duke përmbledhur shumë si funksionon. Por në thelb, kjo është mënyra se si i bën aplikacionet dhe lojërat tuaja të funksionojnë shumë më shpejt.