Pamięć podręczna procesora to pamięć wewnątrz procesora, która jest nawet szybsza niż pamięć RAM pod względem szybkości działania. W tym artykule zbadamy ten problem i zobaczymy, czym jest pamięć podręczna procesora i jej zastosowania.
Co to jest pamięć podręczna procesora?
Pamięć podręczna procesora jest jednym z głównych kryteriów szybkości i mocy dowolnego procesora. W dalszej części tego artykułu zamierzamy zająć się tym problemem w sposób specjalistyczny i techniczny.
Na początku budowy komputerów oraz ich wejścia na rynek i powszechnego stosowania, bardzo popularna była architektura jednordzeniowych procesorów i kilku megabajtów pamięci RAM. Na komputerach tej kategorii można było łatwo wykonać przetwarzanie bez grafiki i przy niewielkiej objętości. Jednak postęp komputerów i potrzeba bardziej obszernego i cięższego przetwarzania spowodowały, że zasady gry drastycznie się zmieniły.
Pierwszym krokiem do zwiększenia szybkości przetwarzania było zwiększenie ilości pamięci RAM. Wraz ze wzrostem ilości pamięci RAM procesory miały do dyspozycji więcej informacji do przetwarzania, a prędkość przetwarzania była znacznie wyższa. Ale prędkość nie wzrosła zbytnio. Tutaj projektanci wymyślili wielordzeniową konstrukcję procesora. Wzrost liczby rdzeni spowodował wzrost mocy obliczeniowej, ale to wymagało zmian programowych w systemach operacyjnych i dziedzinie oprogramowania.
Po technologii wielordzeniowej pojawiła się technologia wątków. Technologia wątków podwoiła prędkość rdzeni procesorów. Ten wzrost prędkości spowodował, że procesory wykonywały swoje procesy z większą i lepszą mocą, ale ten wzrost prędkości miał także inne potrzeby.
Pierwszą rzeczą, przed którą stanęli badacze, było wynalezienie systemu operacyjnego i oprogramowania, które dobrze współpracowałyby z systemem wielordzeniowym i wielowątkowym. Wymagało to zmiany paradygmatów programowania. Później pojawił się poważniejszy problem. Chociaż prędkość procesorów wzrosła, szyna RAM (liczba transakcji między pamięcią RAM a procesorem) nie wzrosła aż tak bardzo (lub, mówiąc lepiej, nie można było jej zwiększyć ze względu na ograniczenia strukturalne). W sposobie rozwiązania tego problemu przez projektantów istniało wiele ograniczeń i przeszkód.
Najważniejszym problemem w rozwoju szybkości wymiany były struktury wymiany. Zwiększenie przepustowości, optymalne wykorzystanie częstotliwości i lepsze przewodniki to rozwiązania stosowane przez ekspertów w celu zwiększenia szybkości pamięci RAM i wymiany procesorów. Ale znowu problem nie został rozwiązany optymalnie.
To tutaj zaprezentowano pamięć podręczną procesora jako ostateczne rozwiązanie.
Pamięć podręczna procesora umożliwia procesorowi szybkie pobieranie i przetwarzanie informacji. Praca ta odegrała ogromną rolę w zwiększeniu szybkości procesorów, zwłaszcza procesorów wielordzeniowych. Można powiedzieć, że jego zastosowanie było nawet lepsze od systemu wielordzeniowego, gdyż wiele programów zostało zaprojektowanych w taki sposób, aby nie mogły wykorzystać mocy przetwarzania równoległego procesorów. Mimo to ich przetwarzanie jest znacznie lepsze dzięki pamięci podręcznej procesora i zostało to zrobione szybciej.
Pytanie brzmi, czym jest pamięć podręczna procesora i jak zwiększa prędkość przetwarzania.
Kiedy procesor komputera jest zajęty przetwarzaniem informacji, musi to robić w trzech etapach. Najpierw musi wywołać dane z pamięci (RAM, dysku twardego lub jego pamięci podręcznej), zdekodować je i po przetworzeniu zwrócić wynik do pamięci. Te trzy kroki są wykonywane kolejno i stale w procesorze. Procesor nie ma pamięci, dlatego aby otrzymać informacje, potrzebuje ciągłej wymiany z pamięcią RAM lub innymi pamięciami.
Teoretycznie informacje w pamięci RAM są zawsze gotowe do pobrania i natychmiast dostępne dla procesora, ale problemy strukturalne uniemożliwiają szybkie pobranie. Dlatego należy zastosować lepszą architekturę. Tutaj możemy skorzystać z pamięci podręcznej procesora. Pamięć podręczna wewnątrz procesora eliminuje czas pobierania i pozwala procesorowi natychmiastowo i w razie potrzeby odczytać i wykonać informacje z żądanych adresów.
Zatem powód istnienia pamięci podręcznej procesora znacznie skraca czas potrzebny procesorowi na uzyskanie dostępu do żądanych informacji i danych.
W pierwszej serii pamięci podręcznej procesora była ona oferowana tylko na jednym poziomie i o pojemności 56 KB na procesorach Intel. Jednak pojemność ta wzrosła wraz ze wzrostem liczby rdzeni i możliwości przetwarzania wątków. Po pewnym czasie przed projektantami procesorów stanął nowy problem.
Pojemność jednopoziomowej pamięci podręcznej procesora została szybko zapełniona i potrzebna była większa ilość miejsca. Ale problemem nie była tylko przestrzeń; tutaj adresowanie należało wykonać szybciej. Po przeprowadzeniu badań zaprezentowano dwupoziomowy model pamięci podręcznej procesora.
W trybie dwupoziomowym pewna ilość informacji jest wprowadzana do pamięci podręcznej drugiego poziomu. Część pobrana przez procesory trafia do pamięci podręcznej procesora pierwszego poziomu i jest przetwarzana. Jeśli potrzebnych jest więcej adresów, żądanie adresu jest wysyłane do pamięci podręcznej drugiego poziomu, a jeśli nie ma danych lub żądanego adresu, żądanie jest wysyłane do pamięci RAM.
Zastosowanie dwupoziomowej architektury pamięci podręcznej procesora przyspieszyło pracę procesorów i usprawniło wykorzystanie przetwarzania wielopoziomowego. W tym czasie rozwój materiałów półprzewodnikowych sprawił, że pojemność pamięci podręcznej dwupoziomowych procesorów osiągnęła 128 KB na pierwszym poziomie i od 2 do 8 MB na drugim poziomie.
Zwiększanie poziomu pamięci podręcznej umożliwiło dalszy rozwój rdzeni. Dzięki mniejszym tranzystorom w procesorach możliwe stało się użycie większej liczby rdzeni w jednym procesorze, co było naturalne, że oznaczało to większe zapotrzebowanie na szybsze pamięci, co zaowocowało pamięcią podręczną trzeciego poziomu.
Sposób działania trzeciego poziomu pamięci podręcznej procesora nie różni się od modelu dwupoziomowego, a jedyną różnicą jest zwiększenie objętości tej pamięci podręcznej trzeciego poziomu do 128 MB. Również tutaj część informacji trafia do pamięci podręcznej procesora trzeciego poziomu. Następnie, zgodnie z przetwarzaniem procesora, informacje z niego trafiają na drugi i pierwszy poziom pamięci podręcznej procesora. Po przetworzeniu opuszcza go i trafia do pamięci RAM. Jest to szczególnie przydatne, gdy liczba rdzeni procesora jest duża.
W ostatnich latach pamięć podręczna procesora zwiększyła pojemność na wszystkich trzech poziomach. Obecny poziom pamięci podręcznej wynosi do jednego megabajta, poziom drugi do 16 megabajtów, a pamięć podręczna trzeciego poziomu do 128 megabajtów przestrzeni dostępnej dla procesorów. Dzięki temu procesy takie jak wirtualizacja, złożone obliczenia itp. można łatwo wykonywać w zatłoczonych sieciach, a procesory nadal działają bez problemów.
Czy większa pamięć podręczna procesora oznacza większą prędkość procesora?
Jak wspomniano w poprzednich artykułach, nie można zwiększyć szybkości komputera lub serwera poprzez zwiększenie pojedynczego współczynnika. Szybkość komputera lub procesora zależy od różnych czynników. Na przykład, jeśli oprogramowanie, z którym pracujesz, nie może wykonywać przetwarzania równoległego lub reszta sprzętu nie może wymieniać wystarczającej ilości informacji z procesorem (ograniczenia kanałów, przepustowości lub niskie szyny), nie zrobisz tego. Można je optymalnie wykorzystać. Może to spowodować spowolnienie szybkości komputera lub serwera, w wyniku czego serwer będzie ciężko pracował.
Co oznaczają komunikaty „Brak pamięci podręcznej” i „Hit pamięci podręcznej” w pamięci podręcznej procesora?
Jak wspomniano powyżej, gdy procesor jest zajęty przetwarzaniem, otrzymuje informacje o pobraniu z pamięci podręcznej pierwszego poziomu. Jeśli nie ma niezbędnych informacji lub adresu, trafia do pamięci podręcznej drugiego poziomu. Ścieżka odnosi się do trzeciej pamięci podręcznej. Ta kolejność wyszukiwania jest zawsze wykonywana szybko.
Jeśli podczas tego wyszukiwania procesor znajdzie niezbędne informacje w pamięci podręcznej procesora, następuje trafienie w pamięć podręczną (dostęp do informacji). Brak pamięci podręcznej występuje, jeśli ta informacja nie zostanie znaleziona w pamięci podręcznej procesora. ) zdarza się.
Brak pamięci podręcznej może mieć różne przyczyny; niekompatybilność oprogramowania z nowymi systemami przetwarzania lub problemy w systemie adresowania to jedne z powodów, które powodują brak pamięci podręcznej.
Dlaczego nie robią pamięci RAM jak pamięci podręcznej procesora?
Dają radę, ale problem nie leży w pamięci RAM. Dzieje się tak w relacji pomiędzy pamięcią RAM i procesorem. Te same techniki, które są używane do tworzenia pamięci RAM, są również stosowane w pamięci podręcznej procesora, ale problem polega na tym, że aby uzyskać dostęp do informacji o pamięci RAM, należy pokonać niewielką odległość między gniazdem pamięci RAM a rdzeniem procesora. Kilka dziesiątek tysięcznych sekundy może nie wydawać się dużą ilością czasu, ale gdy pomyślisz o tym, że na procesorze w każdej sekundzie wykonywanych jest 2,7 miliarda procesów, możesz zrozumieć, jak dużą różnicę może zrobić ta niewielka ilość.
Innym powodem stosowania pamięci podręcznej procesora jest to, że pamięci podręczne procesora dają rdzeniom procesora możliwość przesyłania przetworzonych informacji do pamięci RAM z niezawodną szybkością, a następnie wysyłania ich do żądanej sekcji.
Jednym z osiągnięć, które miały miejsce w ostatnich latach, jest powiększenie przestrzeni procesora i zwiększenie przestrzeni podręcznej. Jak wspomniano powyżej, pamięć podręczna procesora wzrosła z 28 KB do 128 MB na trzech poziomach. Ale to nie koniec tej historii. Obecnie rozważane są pomysły usunięcia pamięci RAM i całkowitego ich połączenia.
Z drugiej strony bardzo dobre wyniki osiągnęły również metody takie jak przetwarzanie kwantowe. W dziedzinie firewalli zaobserwowaliśmy znaczny postęp. Połączenie technologii, innowacji i potrzeb rynku znacznie się zmienia w porównaniu ze zwykłymi praktykami. Teraz i w momencie pisania tego artykułu (jesień 1998) Google zaprezentował swój komputer kwantowy o niesamowitej mocy obliczeniowej. Sophos wykorzystuje w swoich urządzeniach potężne procesory zapory ogniowe, a HP oferuje pamięci RAM. Mówi się o pojemności 512 GB i więcej. Być może już niedługo ten artykuł przejdzie do historii rozwoju komputerów..!!
Często Zadawane Pytania
Co to jest pamięć podręczna procesora?
Pamięć podręczna procesora to niezwykle szybka pamięć znajdująca się wewnątrz procesora i znacznie zwiększająca szybkość procesów. Zazwyczaj te skrytki oferowane są na trzech poziomach. Trzeci poziom ma największą ilość pamięci.
Czy większa pamięć podręczna procesora oznacza większą prędkość komputera?
Niekoniecznie, ale zwiększając liczbę pamięci podręcznych w procesorach, zwiększa się prędkość przetwarzania rdzeni. Jednak zwiększenie szybkości komputera to wieloaspektowa zagadka, która niewiele zmienia po prostu poprzez zwiększenie jednego elementu.
Co oznaczają terminy Brak pamięci podręcznej i Trafienie pamięci podręcznej?
Gdy procesor może znaleźć adres żądanej informacji na jednym z poziomów pamięci podręcznej, następuje trafienie w pamięć podręczną. W przeciwnym razie wystąpi tryb trafienia w pamięć podręczną.
Po co pracować nad pamięcią podręczną procesora zamiast rozszerzać pamięć RAM?
Głównym problemem jest tutaj wymiana informacji pomiędzy pamięcią RAM a procesorem. Nawet przy najbardziej optymalnym trybie czas trwania tej wymiany jest nadal długi. Jednak pamięć podręczna wewnątrz procesora może szybko dostarczyć informacje do procesora – szczególnie gdy procesor jest wielordzeniowy. Z tego powodu zwiększanie rozmiaru pamięci podręcznej procesora jest jednym z najważniejszych osiągnięć w rozwoju procesorów. Jednakże rozwój rozmiaru i pojemności pamięci RAM trwa nadal.
Pobierz motywy WordPress za darmoPobierz motywy WordPressPobierz zerowe motywy WordPressPobierz motywy WordPressudemy do pobrania za darmopobierz oprogramowanie intexPobierz najlepsze motywy WordPress do pobrania za darmokurs Lyndy do pobrania za darmo
