L1, l2 ve l3 önbellek nedir ve nasıl çalışır?

Önbellek L1, L2 ve L3'ü hiç duydunuz mu? Elbette evet, ancak bu önbellek düzeylerinin gerçekten ne anlama geldiğinden emin değilseniz, bu makalede her şeyi yeteneğimizin en iyi şekilde açıklamaya çalışacağız. Artık bir işlemcinin bellek özelliklerini daha iyi anlayacaksınız.

Bir bilgisayarın en önemli bileşenlerinden birinin belleği olduğunu zaten bileceksiniz, elbette RAM belleğinden, tüm programların ve işletim sisteminin yüklendiği, işlemci tarafından kullanılacak veya diske erişmesi gerekecek sert.

RAM, sabit disklerden, özellikle mekanik sürücülerden çok daha hızlıdır. Ancak hala bilgisayarımızda, özellikle işlemcimizde daha hızlı bir bellek var ve bu önbellek, bugün göreceğimiz şey bu.

İçindekiler dizini

CPU'nun önbellek nedir

Bilmemiz gereken ilk şey, genel olarak önbellek nedir. Daha önce de söylediğimiz gibi, bir PC içinde birkaç bellek türü vardır ve tam olarak önbellek en hızlısı olacaktır.

Depolama seviyeleri

Başlamak için, ilk adımda şüphesiz sabit diskler olan birincil depolama alanına sahip olacağız. İçlerinde tüm bilgiler kalıcı olarak saklanır, ondan işletim sistemi işlevsel bir bilgisayar yapar. Bir HDD'deki (mekanik sabit sürücü) yaklaşık 150 MB / sn ile piyasadaki en hızlı SSD'lerin etkileyici 3.500 MB / sn'sine kadar değişen en yavaş bellektir.

İkincisi, rasgele erişim belleğine veya RAM'e sahip olacağız. Verileri kalıcı olarak depolayamayan ve sabit disk ile işlemci arasında ağ geçidi görevi gören daha küçük bir katı hal hafızasıdır. DDR4'te 30.000 MB / sn'den daha yüksek bir hız sunar. Bellek ayrıca DRAM (Dinamik RAM) olarak da adlandırılır, çünkü bilgi kaybını önlemek için sürekli olarak güncellenmesi gerekir.

Üçüncü seviye, en hızlı

Ve nihayet en üste, önbelleğe geldik. Kendi mikroişlemcisinin içine ve SRAM (Statik RAM) tipine takılan çok küçük bir bellektir. Üretimi normal RAM'den çok daha pahalıdır ve sürekli güncellenmeden verileri tutabilir.

CPU'nun içine yerleştirilmiş olması, onu işlem çekirdeğine en yakın hale getiriyor ve bu yüzden hızlı olması gerekiyor. Aslında, 200 GB / sn'nin üzerindeki hızlara ve yaklaşık 10 veya 11 ns (nanosaniye) gecikmelere ulaşır. Önbellek, CPU tarafından işlenecek talimatları saklamaktan sorumludur, böylece onlara mümkün olan en kısa sürede erişebilir.

Buna karşılık, önbellek her biri daha hızlı, daha küçük ve işlemciye daha yakın olan birkaç seviyeye ayrılmıştır. İşlemciler şu anda içinde toplam üç önbellek seviyesine sahiptir. Buna girmeden önce, bir önbelleğin nasıl çalıştığına hızlı bir göz atalım.

Önbellekleme nasıl çalışır?

Bilmiyor olabilirsiniz, ancak pratik olarak bir bilgisayarın tüm çevre birimlerinin ve öğelerinin kendi önbellekleri vardır, örneğin, sabit sürücülerin kendileri, yazıcı ve grafik kartlarının GPU'ları. Ve CPU'nun da dahil olduğu hepsinin işlevi aynı olacaktır.

Bildiğimiz gibi, bilgisayar işletim sistemi ve programları sayesinde "akıllı". Bu programların her biri bir programlama dilinden oluşturulur ve bu da CPU'da düzenli bir şekilde yürütülmesi gereken bir dizi talimattır. Düzenli bir şekilde diyoruz çünkü bu noktada farklı depolama seviyeleri oluşturmak mantıklı.

Veriler sabit sürücülerde sabit bir şekilde saklanır, ancak çok yavaş olduklarından ve CPU'dan "şu ana kadar" olduklarından, daha önce RAM belleğine, çok daha hızlı bir depolama alanına yüklenir ve yalnızca çalışıyor.

Bellek denetleyicisi devreye giriyor

Ancak bu hala yeterli değil, çünkü bugünün CPU'ları çok hızlı ve her çekirdekte saniyede milyonlarca işlem yapabiliyor, önbellek giriyor. CPU'nun içinde, daha önce kuzey köprüsü veya kuzey köprüsü olarak adlandırılan ve anakart üzerine kurulu bir çip olan bir bellek denetleyicisi var. Bu bellek denetleyicisi şimdi CPU'nun içindedir ve RAM belleğinden yürütülecek talimatları almaktan ve aynı zamanda işlem döngüsünün sonuçlarını döndürmekten sorumludur.

Ancak CPU'yu RAM belleği ile iletmekle görevli iki tür otobüs de vardır, bunlara veri yolu ve adres veri yolu denir:

• Veri yolu: temel olarak verilerin ve talimatların dolaştığı izlerdir. RAM, önbellek ve çekirdekler arasında iletişim kuran bir veri yolu olacaktır. Adres veri yolu: CPU'nun verilerin bulunduğu bellek adresini istediği bağımsız bir kanaldır . Talimatlar bir adresi olan bellek hücrelerinde saklanır ve hem RAM, önbellek hem de CPU söz konusu verileri bulmak için bunu bilmelidir.

L1, L2 ve L3 önbellek

Şimdiye kadar, bir bilgisayarın depolama alanının nasıl çalıştığını ve önbelleğe almanın nasıl çalıştığını zaten biliyoruz. Ama CPU içinde bir önbellek L1, L2 ve L3 olduğunu bilmeliyiz, bu kadar küçük bir şeyin çok doğru uyması inanılmaz görünüyor? Bu üç önbellek düzeyi düzeyi, hız ve tabii ki kapasite hiyerarşisine hitap eder.

L1 önbellek

L1 önbellek, çekirdeklere en yakın olan en hızlı yapılandırmadır. Bu, CPU tarafından hemen kullanılacak verileri depolar ve bu nedenle hızlar 1150 GB / s civarındadır ve gecikme süresi sadece 0, 9 ns'dir.

Bu önbellek boyutu toplamda 256 KB civarındadır, ancak CPU gücüne (ve maliyetine) bağlı olarak daha az veya daha fazla olacaktır, aslında Intel Core i9-7980 XE gibi İş İstasyonu işlemcilerinde bazı Toplam 1152 KB.

Bu L1 önbellek, L1 veri önbelleği ve L1 komut önbelleği olmak üzere iki türe ayrılır, ilki işlenecek verilerin depolanmasından sorumludur ve ikincisi gerçekleştirilecek işlemle ilgili bilgileri (toplama, çıkarma, çarpma, vb.)

Buna ek olarak, her çekirdeğin kendi L1 önbellekleri vardır, bu nedenle 6 çekirdekli bir işlemcimiz varsa, L1 D ve L1 I'e bölünmüş 6 L1 önbelleğe sahip olacağız . Intel işlemcilerde her biri 32 KB'dir ve AMD işlemciler ayrıca L1 I'de 32 KB veya 64 KB'dir. Elbette her zaman olduğu gibi kalite ve güce göre değişecektir.

L2 önbellek

Bir sonraki bulacağımız L2 veya 2. seviye önbellek olacak. Bu , biraz daha yavaş olmasına rağmen, yaklaşık 470 GB / s ve 2, 8 ns gecikme süresine sahip daha fazla depolama kapasitesine sahiptir. Depolama alanı boyutu genellikle 256 KB ile 18 MB arasında değişir. Bunların, ele aldığımız hızlar için önemli kapasiteler olduğunu zaten görüyoruz.

Talimatlar ve veriler içinde saklanır ve yakında CPU tarafından kullanılacaktır ve bu durumda Talimatlar ve verilere bölünmez. Ancak her çekirdek için bir L2 önbelleğimiz var, en azından en ilgili işlemcilerde durum böyle. Her çekirdek için genellikle 256, 512 veya 1024 KB'ye kadar vardır.

L3 önbellek

Son olarak, işlemci yongasında özel bir alanı olan L3 önbelleğini bulacağız. En büyük ve en yavaş olacak, 200 GB / s'den ve 11 ns'den fazla gecikmeden bahsediyoruz.

Şu anda değerli bir işlemci en az 4MB L3 önbelleğe sahip olacak ve 64MB'a kadar sürücüler görülebilir. L3 tipik olarak çekirdek başına yaklaşık 2MB'a yayılmıştır, ancak diyelim ki her çekirdeğin içinde değil, bu yüzden onlarla iletişim kurmak için bir veri yolu var. Bir CPU'nun ödeme gücü ve hızı büyük ölçüde bu veriyoluna ve RAM belleğinin kendisine bağlıdır ve Intel'in gücünü AMD'den aldığı yer burasıdır.

İşlemcimin önbelleği L1, L2 ve L3 nasıl bilinir?

Bu bilgiyi bilmenin en hızlı yollarından biri, tamamen ücretsiz olan ve CPU'nuz hakkında çok eksiksiz bilgi sağlayacak CPU-Z aracını indirmektir. Üç seviye ve her biri için depolama miktarı bile. Resmi web sitesinden indirebilirsiniz.

Ayrıca, markayı ve modeli tarayıcıya koyabilir ve genellikle yalnızca L3 önbelleği hakkında bilgi vermelerine rağmen üreticinin sayfasına gidebilirsiniz. Tabii ki, tüm işlemci incelememizde, her bir CPU'nun önbelleği hakkında tam bilgi veriyoruz ve performansını karşılaştırıyoruz.

Gecikme, veri yolu genişliği ve önbellek eksikliği

Verilerin sabit sürücüden işlemciye tüm bellek seviyeleri boyunca aktığını anladık. İşlemcinin ilk işlemek için bir sonraki talimatı aradığı yerde, önbellekte olduğu bir kalite sistemi, gecikme adı verilen, bunlara erişim sürelerini en aza indirmek için verilerin önemine göre nasıl doğru bir şekilde bulunacağını bilmelidir..

Gecikme, bellekten verilere erişmek için geçen süredir. CPU'nun ne kadar uzak ve yavaş, daha yüksek gecikme süresi ve daha uzun olması, bir sonraki talimatını beklemek zorunda kalacaktır. Bu nedenle , önbellekte bir talimat bulunmadığında, işlemci doğrudan RAM belleğinde aramalıdır, buna önbellek eksikliği veya önbellek eksikliği denir, bu daha yavaş bir PC'nin yaşandığı zamandır.

Veri yolu genişliği de hız için büyük önem taşır, çünkü daha büyük veri bloklarını bellekten CPU'ya aktarma yeteneğini işaret eder. Hem CPU hem de RAM 64 bittir, ancak Çift Kanal işlevi bu kapasiteyi 128 bite kadar ikiye katlayabilir, böylece bu elemanlar arasındaki aktarım daha büyük kapasiteye sahiptir.

L1, L2 ve L3 önbellek hakkında sonuç

Her zaman çekirdeklerin sayısına ve bir işlemcinin hızına çok bakarız, toplam hızını büyük ölçüde belirlediği açıktır. Ancak bazen genellikle dikkate alınmayan bir öğe önbellektir ve güçlü bir işlemciye sahip olmak gerektiğinde önemlidir.

Örneğin 4 veya 16 MB L3 önbelleğe sahip 6 çekirdekli bir CPU'ya sahip olmak, performansını ölçmek söz konusu olduğunda, özellikle de birden fazla açık programımız olduğunda çok önemli olacaktır. Bu nedenle, bir işlemci satın almaya karar verdiğinizde bu bölüme iyi bakın, çünkü her şey frekansa bağlı değildir.

Bu konuda daha ilginç derslerimiz var, burada onları bırakıyoruz:

Ayrıca güncellenmiş donanım kılavuzlarımızı öneriyoruz:

Tüm bu bilgilerin işlemciler ve önbellek hakkında daha fazla bilgi sahibi olmanız için yararlı olduğunu umuyoruz. Sorularınız varsa yorum kutusunda bize sorabilirsiniz. Bir sonraki derste görüşürüz!