Czym jest pamięć podręczna procesora i jak działa?

Pamięć podręczna procesora… każdy o niej słyszał, ale nie każdy wie, za co jest odpowiedzialna i jak działa. Przecież, po co nam śladowe ilości pamięci, kiedy zaraz obok posiadamy kilkanaście GB pamięci RAM?

W dzisiejszych czasach nie musimy przejmować się pamięcią podręczną procesora, ponieważ nasze Ryzeny, Penitumy, Threadrippery, czy inne ”Core-iX” są najczęściej wyposażone w odpowiednią jej ilość. Ponadto i tak nie mamy możliwości wpłynięcia na jej prędkość, czy pojemność, dlatego, po co zawracać sobie głowę czymś, co działa, a my i tak nie mamy na to wpływu? No cóż… znaleźliście się tutaj, a więc z pewnością musi być jakiś powód, dlatego czas rzucić nieco światła na kwestię pamięci podręcznej będącą nieodzownym elementem praktycznie każdego procesora od 1995 roku. Początkowo istniał tylko jeden poziom pamięci (L2), ale wraz ze wzrostem wydajności procesorów, te musiały dostawać potrzebne informacje jeszcze szybciej i częściej. Ostatecznie doszło do tego, że dzisiejsze procesory Intela i AMD posiadają głównie trzy pokłady wspomnianej pamięci – L1, L2 i L3 o pojemności mierzonej w kilobajtach, albo kilku megabajtach. Ta w przeciwieństwie do rozwiązań DRAM (Dynamic RAM), które stosuje się w modułach DDR, jest znacznie droższa i szybsza, ponieważ nie wymaga nieustannego odświeżania. Stąd też nazwa — Static RAM (SRAM).

Pamięć podręczna, a wydajność procesora

pamięć

Tym razem zasięgnę przykładu wymyślonego w artykule na łamach serwisu ExtremeTech.com, ponieważ w idealnym stylu wyjaśnia, jaki wpływ na wydajność procesora ma właśnie pamięć cache. W skrócie im jest jej więcej, tym lepiej, ale powiązane z całym mechanizmem opóźnienia są równie ważne, co prezentuje poniższy przykład.

Wyobraźmy sobie, że procesor musi ładować dane z pamięci podręcznej L1 sto razy z rzędu. Przyjmijmy, że L1 ma opóźnienie dostępu 1ns i współczynnik trafień (powyżej wyjaśniony Cache Hit) 100%. Wtedy procesor wykona postawione mu zadanie w czasie 100 nanosekund.

4K w grach i pytanie czy warto przejść na wyższą rozdzielczość

Załóżmy teraz, że pamięć podręczna ma współczynnik Cache Hits na poziomie 99%, ale dane, których CPU potrzebuje do ostatniego, setnego dostępu, znajdują się w pamięci L2 z 10 nanosekundowym opóźnieniem dostępu. Oznacza to tyle, że procesor wykona 99 odczytów w 99 nanosekundach, ale na ostatnim etapie, sięgając do pokładu L2, straci 10 nanosekund. Sprowadza się to do 10% spowolnienia prędkości wykonywania zadań przez procesor i to z założeniem, że pominięte dane zawsze znajdują się w pamięci podręcznej L2. Jeśli dane znajdują się w wolniejszych magazynach, to czas na wykonanie operacji może drastycznie wzrosnąć, a nawet się podwoić.

Przegląd darmowych programów do odzyskiwania danych.

Mam nadzieję, że w przystępny sposób opisałem działanie i rolę pamięci podręcznej w procesorach. Pominąłem oczywiście wiele kwestii, które zostały różnie rozwiązane w przypadku poszczególnych serii procesorów, w których architekturę naprawdę nie chciałem się zagłębiać, bo zrobiłyby one z tego artykułu coś w tylu niezjadliwego dokumentu technicznego. Mam jednak wrażenie, że przez następne lata rola pamięci podręcznej nadal będzie pomijana i przemilczana w wielu recenzjach… chyba że jakiś producent zaliczy wtopę pokroju serii procesorów Bulldozer od AMD.

Czytaj więcej

Komentarze

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

Co myślisz?

Avatar of zWEB

Napisane przez zWEB

zWEB to miejsce najciekawszych informacji z sieci takich jak ciekawostki, newsy, artykuły, plotki i inne. Dodaj znalezione treści komentując je i głosując na nie.

Marianna Zydek, Cezary Pazura, Maciej Musiał i Jacek Knap zagrali w filmie „Druga połowa”.

Fundusz Odbudowy. Senat nie wprowadzi poprawek. Ma być preambuła

Senat nie wprowadzi poprawek do funduszu odbudowy ale ma być preambuła