Beth yw’r storfa CPU?

Beth yw'r storfa CPU? 1

Mae CPUau modern yn rhedeg yn anhygoel o gyflym; gallant berfformio’n well na RAM y system yn sylweddol. Byddai’r anghydbwysedd cyflymder hwn rhwng CPU a’r cof yn achosi i’ch prosesydd eistedd yn segur yn aml, gan aros i ddata gael ei anfon ato fel y gall barhau i redeg proses. Er mwyn atal hyn rhag digwydd, gan ganiatáu i CPUau barhau i redeg yn gyflymach ac yn gyflymach, defnyddir storfa CPU.

Sut mae storfa CPU yn cyflymu CPU?

Dyluniwyd y storfa CPU i fod mor gyflym â phosibl ac yna i storfa ddata y mae’r CPU yn gofyn amdani. Mae cyflymder y storfa CPU wedi’i optimeiddio mewn tair ffordd: hwyrni, lled band, ac agosrwydd. Mae’r storfa CPU yn gweithredu ar gyfnodau hwyr iawn, gan leihau faint o amser mae’n ei gymryd i ddychwelyd canlyniad. Er enghraifft, mae gan yr Intel i9-9900k hwyrni cache o 0.8, 2.4, ac 11.1 nanosecondau ar gyfer y storfa L1, L2, a L3 yn y drefn honno. Mewn cymhariaeth, mae hwyrni RAM cyflym cyflym yn oddeutu 14 nano-eiliad.

Awgrym: Bydd lefelau’r storfa’n cael eu hesbonio’n fanylach yn nes ymlaen, ond yn syml, rhowch haenau isaf y storfa yn gyflymach ond maen nhw’n ddrutach felly mae ganddyn nhw alluoedd is. Mae nanosecond yn biliwn o eiliad, felly mae hwyrni o 0.8 mae eiliadau yn golygu ei bod yn cymryd llai na biliwn o eiliad i ddychwelyd canlyniad.

O ran lled band, mae’r storfa CPU yn cynnig gwelliannau perfformiad sylweddol dros storio traddodiadol a RAM. Gall cyflymderau darllen y storfa L1 a L3 gyrraedd uchafbwynt 2.3 TB / s a ​​370 GB / s yn y drefn honno, tra bod lled band RAM fel arfer oddeutu 40 GB / s. Mae’r lled band cynyddol hwn yn golygu y gall y storfa CPU drosglwyddo data i’r CPU yn llawer cyflymach nag y gall RAM.

Er mwyn cyflawni’r cyflymderau mwyaf posibl, mae’r storfa CPU wedi’i chynnwys yn silicon y CPU yn marw ei hun. Mae hyn yn lleihau’r pellter y mae angen i unrhyw signalau trydanol ei deithio, gan gadw’r cyfnod hwyrni mor isel â phosibl. Er enghraifft, pan symudwyd y storfa L3 gyntaf o’r famfwrdd i’r CPU yn marw, mae prosesydd yr amser (Pentium 4 Llwyddodd EE) i wella perfformiad o 10-20%.

Pensaernïaeth storfa CPU

Yn gyffredinol, mae CPUau modern yn defnyddio tair haen o storfa CPU wedi’i labelu L1-3, gyda storfeydd â rhif is yn agosach at greiddiau’r CPU, yn gyflymach ac yn ddrytach. Mae gan bob craidd CPU unigol mewn CPU aml-graidd ei storfa L1 ei hun. Fe’i rhennir yn nodweddiadol yn ddau ddogn, yr L1I a L1D. Defnyddir yr L1I i storio’r cyfarwyddiadau ar gyfer y CPU tra bod L1D yn cael ei ddefnyddio i storio’r data y mae’r cyfarwyddiadau hynny i’w cyflawni arno.

Yn nodweddiadol mae gan bob craidd CPU hefyd ei storfa L2 ei hun ar CPU modern. Mae’r storfa L2 yn fwy ac yn arafach na’r storfa L1 ac fe’i defnyddir yn bennaf i storio data na fyddai fel arall yn ffitio yn y storfa L2. Trwy gael storfa L2 bwrpasol i bob craidd, dylid osgoi cynnen storfa. Dadl storfa yw lle mae creiddiau gwahanol yn ymladd i hawlio lle storfa ar gyfer eu llwythi gwaith eu hunain, a all arwain at glirio data pwysig o’r storfa.

Yn nodweddiadol, rhennir y storfa L3 rhwng holl greiddiau CPU y prosesydd. Unwaith eto, mae’r storfa L3 yn arafach na’r storfa L2 ond mae’n rhatach ac yn fwy. Trwy ddarparu storfa a rennir mae’n bosibl lleihau faint o ddata a fyddai’n cael ei ddyblygu ar lefelau is o storfa fesul craidd.

Awgrym: Fel enghraifft, mewn meintiau storfa, mae gan i9-9900K Intel 64KB L1 a storfa 256KB L2 fesul-craidd (ar gyfer cyfanswm o 512KB L1 a 2MB L2), mae ganddo hefyd storfa L3 a rennir 16MB.

Sut mae’r storfa CPU yn cael ei defnyddio?

Defnyddir pob lefel o’r storfa CPU i gyflymu perfformiad prosesydd trwy ddadlwytho data o RAM. Pan fydd CPU yn gofyn am ddata, mae’n nodweddiadol yn chwilio trwy ei haenau storfa yn gyntaf mewn ymgais i gael y data mor gyflym â phosibl. Os canfyddir y data mewn cache hit, yna gall y CPU barhau â’i brosesu. Os nad yw’r data yn y storfa, yn yr hyn a elwir yn storfa yn methu, yna mae’n rhaid i’r CPU wirio’r RAM, ac yna’r gyriant caled os nad yw’r data yno chwaith. Mae’r haenau cyflymach bob amser yn cael eu gwirio gyntaf am y perfformiad mwyaf.

Er mwyn helpu’r CPU i gael y data sydd ei angen arno yn y storfa pan fydd yn ei itio, mae’r storfa’n ceisio achub y blaen ar ba ddata y gallai fod ei angen ar y CPU nesaf. Er enghraifft, os yw’r CPU wedi gofyn am rywfaint o ddata ar gyfer delwedd, gall ei rendro yn y storfa geisio cacheio mwy o’r data delwedd fel y gellir ei fwydo i’r CPU cyn gynted â phosibl.