что такое объем кэша в процессоре
Кэш-память процессора. Уровни и принципы функционирования
Одним из немаловажных факторов повышающих производительность процессора, является наличие кэш-памяти, а точнее её объём, скорость доступа и распределение по уровням.
Что такое кэш-память и её структура
Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.
Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.
Для чего нужна кэш-память процессора?
Чтобы лучше понять необходимость кэш-памяти, давайте представим себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная память будет являть собою шкаф с папками, к которым периодически обращается бухгалтер, чтобы извлечь большие блоки данных (то есть папки). А стол, будет являться кэш-памятью.
Есть такие элементы, которые размещены на столе бухгалтера, к которым он обращается в течение часа по несколько раз. Например, это могут быть номера телефонов, какие-то примеры документов. Данные виды информации находятся прямо на столе, что, в свою очередь,увеличивает скорость доступа к ним.
Точно так же, данные могут добавиться из тех больших блоков данных (папок), на стол, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф (в оперативную память), тем самым очищая стол (кэш-память) и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.
Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, к которым вероятнее всего будет повторное обращение, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано «после». Вот такие непростые принципы функционирования.
Уровни кэш-памяти процессора
Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней. Конечно же, бывают и исключения, но зачастую это именно так.
В общем, могут быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому из них:
Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.
Мы будем рассматривать объёмы на процессоре высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)
Кэш второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.
Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.
Кэш-память процессора. Уровни и принципы функционирования
Одним из немаловажных факторов повышающих производительность процессора, является наличие кэш-памяти, а точнее её объём, скорость доступа и распределение по уровням.
Что такое кэш-память и её структура
Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.
Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.
Для чего нужна кэш-память процессора?
Чтобы лучше понять необходимость кэш-памяти, давайте представим себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная память будет являть собою шкаф с папками, к которым периодически обращается бухгалтер, чтобы извлечь большие блоки данных (то есть папки). А стол, будет являться кэш-памятью.
Есть такие элементы, которые размещены на столе бухгалтера, к которым он обращается в течение часа по несколько раз. Например, это могут быть номера телефонов, какие-то примеры документов. Данные виды информации находятся прямо на столе, что, в свою очередь,увеличивает скорость доступа к ним.
Точно так же, данные могут добавиться из тех больших блоков данных (папок), на стол, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф (в оперативную память), тем самым очищая стол (кэш-память) и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.
Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, к которым вероятнее всего будет повторное обращение, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано «после». Вот такие непростые принципы функционирования.
Уровни кэш-памяти процессора
Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней. Конечно же, бывают и исключения, но зачастую это именно так.
В общем, могут быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому из них:
Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.
Мы будем рассматривать объёмы на процессоре высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)
Кэш второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.
Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.
Системный кэш: что это, для чего используется и как изменить его размер в Windows?
Большинство пользователей компьютеров слышали о понятии системного кэша, но только далеко не все четко себе представляют, что это такое и для чего нужно. А многие, до конца не разобравшись, какая роль отводится этому компоненту в операционной системе, сразу пытаются производить с ним действия, касающиеся изменения размера. Насколько целесообразно производить изменение установленных по умолчанию параметров — рассмотрим далее.
Для чего нужен кэш, и насколько целесообразно его увеличение?
Начнем с того, что есть несколько видов кэша. Системный кэш, как уже понятно, используется под нужд Windows, а кэш программ предназначен для корректного функционирования приложений. Чаще всего с понятием кэша пользователи сталкиваются при работе с интернет-браузерами. Но что это такое и для чего нужно? Кэш, вне зависимости от типа, является своеобразным хранилищем временных файлов, за счет использования которых увеличивается скорость загрузки программы или открытие тех же страниц в Интернете. То есть пользователь имеет дело с неким резервируемым на жестком диске пространством, которое используется операционной системой или отдельно взятым приложением. Как увеличить системный кэш или кэш программ, пока не рассматриваем. Для начала давайте определимся, стоит ли это вообще делать? С одной стороны, нет ничего плохого в том, чтобы зарезервировать для хранения временных файлов побольше места на диске. Так думает большинство рядовых пользователей. Но на самом деле кэш можно увеличивать только до определенной степени, поскольку установка слишком большого размера приведет к тому, что системе при выполнении какой-то операции придется перебрать слишком много объектов для загрузки, пока она найдет необходимый. Соответственно, и время запуска программ существенно снизится. Кроме того, следует обратить внимание, что кэш резервируется на жестком диске, а скорость обращения к нему может существенно снижаться, например при возникновении ошибок, фрагментации файлов и т. д.
Как увеличить системный кэш в Windows 7 или в другой системе?
Теперь перейдем непосредственно к изменению размера резервируемого пространства. Для начала рассмотрим системный кэш Windows 7.
Для автоматического увеличения его размера необходимо использовать меню свойств компьютера с переходом к дополнительным настройкам. В параметрах быстродействия на вкладке «Дополнительно» необходимо отметить пункт оптимизации работы фоновых служб и кэша. Считается, что именно таким способом можно несколько снизить нагрузку на оперативную память и ускорить запуск программ.
Параметры файла подкачки
Иногда наряду с изменением размера кэша в сторону увеличения некоторые специалисты рекомендуют произвести дополнительные действия с так называемым файлом подкачки, который отвечает за работу и использование виртуальной памяти – такого же резервируемого объема на жестком диске, но используемого для выгрузки программных компонентов в случае нехватки оперативной памяти. Как и в случае с системным кэшем, нужно быть предельно осторожным. При малом объеме ОЗУ файл подкачки действительно можно немного увеличить, установив для него значение, которое в 1,5-2 раза превышает определяемое или рекомендуемое системой по умолчанию. Но и тут следует помнить, что при установке слишком большого объема можно добиться обратного эффекта, когда программы в приоритете будут производить обращение не к оперативной, а к виртуальной памяти. Повторимся: скорость доступа к винчестеру ниже, чем к планкам ОЗУ. Из-за этого мы получаем торможение программ при запуске или в процессе работы.
Негласно считается, что при установленных объемах оперативной памяти на уровне 8 Гб и более файл подкачки можно отключить вовсе, что никаким образом не скажется на работоспособности системы в отрицательную сторону. Наоборот, иногда можно добиться повышения производительности.
Параметры системного кэша в системном реестре
Параметры виртуальной памяти или кэша можно поменять и в системном реестре. Что касается стандартного автоматизированного увеличения системного кэша Windows 10, его лучше производить как раз именно в этом редакторе (regedit). Здесь нужно использовать ветку HKLM и через раздел SYSTEM и параметры текущего контроля перейти к папке MemoryManagement.
Здесь нас интересуют два параметра: DisablePagingExecutive и LargeSystemCache, которым могут быть присвоены значения либо нуля (отключение), либо единицы (включение). Первый ключ фактически дублирует отключение виртуальной памяти, а второй увеличивает системный кэш (система будет использовать не 8 Мб, установленных по умолчанию, а всю память, за исключением последних 4 Мб).
Настройки кэша в веб-обозревателях
В браузерах тоже имеются настройки, относящиеся к кэшу. Соответственно, резервируемый объем можно изменить. Для этого используются соответствующие настройки. Правда, в зависимости от разработчика самого обозревателя они могут находиться в совершенно разных разделах.
Например, в старой версии «Оперы» опции выставляются в настройках истории. В новой модификации браузера следует использовать свойства ярлыка, а в пути к исполняемому файлу в поле типа объекта дописать сочетание —disk-cache-size=Объем и нужный размер кэша в килобайтах (например, для 1 Гб это будет 1073741824 Кб).
Очистка кэша
С изменением размера кэша вроде бы все понятно. В завершение остается добавить, что производить очистку кэша рекомендуется если не постоянно, то хотя бы периодически, поскольку накопление временных файлов может существенно замедлять работу и системы, и программ. Производить эти действия в Windows можно путем обычной очистки системного диска, в браузерах – очисткой истории посещений, кэша и файлов Cookies.
Более удобным является использование всевозможных программ-оптимизаторов, в которых необходимо просто задействовать соответствующие модули оптимизации системы и очистки конфиденциальности в разделе выполнения проверки и устранения проблем в один клик.
Что такое кэш-память процессора?
Содержание:
Предположим, что у нас есть библиотека с одним библиотекарем. В библиотеку приходит посетитель и просит достать ему первую часть Гарри Поттера. Библиотекарь идет к книжным полкам, находит книгу и приносит ее посетителю. Он, пролистав, отдает ее обратно библиотекарю, который относит и ставит книгу обратно на полку. Допустим, следом приходит еще один посетитель и просит то же самое. Цикл повторяется снова. Вот так же работает и система, у которой нет кэш-памяти.
Для чего процессору нужна кэш-память?
Кэш-память хранит только наиболее часто используемые элементы данных?
Нет, кэш-память является довольно интеллектуально продвинутой памятью, в которую помещаются также и те данные, которые, вероятно, будут востребованы в ближайшее время. Продолжая нашу аналогию с библиотекарем, это можно объяснить следующим образом. Когда посетитель просит библиотекаря достать ему первую часть Гарри Поттера, то наш догадливый библиотекарь также берет с полки и вторую часть Гарри Поттера, резонно полагая, что посетитель, прочитав первую часть, в скором времени попросит и вторую. И когда тот ее просит, то она тут же достается из того же ящика стола. Аналогичным образом, когда кэш-память извлекает элементы данных из основной памяти, она также выбирает данные, которые находятся по адресам, рядом с затребованными данными. Эти рядом расположенные блоки данных, которые передаются в кэш, называется строки кэша.
Два уровня кэш-памяти процессора
Большинство жестких дисков и некоторых других компонентов компьютера используют всего один уровень кэш – памяти. В отличие от них, кэш – память процессора является двухуровневой, в которой кэш 1-го уровня (L1) меньше и быстрее, а кэш 2-го уровня немного медленнее первого, но при этом намного быстрее, чем оперативная память. Кэш L1 разделен на две части, а именно, на кэш команд и на кэш данных. В кэше команд хранится набор инструкций, которые необходимы процессору для вычислений, в то время как кэш данных хранит значения, которые необходимы для текущего исполнения. Кэш L2 отвечает за загрузку данных из основной памяти. Опять же, возвращаясь к нашей библиотеке.
Рассмотрим, например, ящик библиотекаря как кэш L1. В один из сильно загруженных работой дней, когда посетителей много, спрос на книги велик, а ящик в столе заполнен, возникает риск его переполнения. В этом случае на помощь библиотекарю приходит рядом стоящий книжный шкаф (L2). В него библиотекарь будет складывать книги, когда не останется места в ящике стола. Теперь, когда у него спросят некоторые популярные книги, то он сначала посмотрит в ящик стола и если не найдет там запрашиваемой книги, то пойдет к книжному шкафу. Который, как вы, наверное, догадались, в нашей аналогии играет роль кэш-памяти второго уровня.
Аналогичным образом, в процессоре, когда кэш L1заполнен, данные сохраняются в кэш-память L2. Процессор в первую очередь ищет данные в первом кэше L1, и если они не будут найдены, то далее разыскиваются в L2. Если данные не будут найдены в L2, то следует запрос в оперативную память, и в последнюю очередь запрос делается к жесткому диску.
Чем больше кэш, тем лучше?
На этот вопрос можно ответить одновременно и, да и нет. Больший объем кэша позволяет быстро получать данные в случае, если они доступны в любом из уровней L1 и L2. Вернемся к нашему примеру с библиотекой. Если посетитель попросит какую – либо популярную книгу, которая не хранится библиотекарем в ящике стола или в книжном шкафу, то он сначала поищет ее в ящике, а затем перейдет к книжному шкафу. То есть некоторое количество времени будет тратиться впустую, прежде чем книга, наконец, будет извлечена с книжной полки библиотеки. Так же и процессор сначала проверяет кэш первого уровня (L1), затем второго (L2) и только после этого, отправляет запрос в оперативную память. Когда данные обнаруживаются в кэше, то это называется «попаданием», в противоположном случае – «промахом»
Таким образом, в процессе поиска данных в двух уровнях кэша, многопроцессорного времени фактически тратится зря. Элементы данных периодически обновляются и заменяются с использованием различных алгоритмов, чтобы максимизировать случаи попадания в кэш.
Многие сейчас, вероятно, сделали однозначный вывод, если кэш-память работает столь быстро, то почему бы не реализовать ее достаточно большой, с тем, чтобы все данные, с которыми работает оперативная память, хранить в кэше. Однако не все так просто, кэш память обеспечивает быстрый доступ к найденным, но при этом сам иерархический поиск данных влечет за собой большие ресурсные расходы. Поэтому наиболее предпочтительным вариантом является оптимальный баланс между скоростью поиска данных и размером кэш-памяти.