Колко важен е кешът на процесора?

В ранните дни на изчисленията всичко вървеше доста по-бавно от това, което виждаме днес. Това беше не само защото централните процесори на компютрите - процесорите - бяха бавни, но и защото производителността разчиташе силно на ограничената памет.

С ускоряването на микропроцесорите паметта все още остава бавна, поради което стана необходимо да се създаде нещо, наречено „кеш“, за да се запълни тази празнина. Без кеш, системата ви ще работи много по-бавно.

Кеш на процесора и Памет

Може да мислите, че това, което правите на компютъра си, е непредсказуемо, но истината е, че вашето оборудване ви познава по-добре, отколкото си мислите. Процесорът улавя често използвана информация от основната памет в кеш памет, до която след това можете да осъществите достъп, без да се налага да се връщате обратно до основната памет на компютъра всеки път, когато изпълнявате задача.

Удар в кеша означава, че системата ви е успяла успешно да извлече информацията, от която се нуждаете, от това хранилище. Понякога обаче вашата система ще изпитва пропуск в кеша , което означава, че не може да извлече данните от кеша и вместо това е трябвало да отиде някъде другаде, за да ги получи. За щастие има различни видове кеш, което означава, че системата ви не трябва да работи извънредно, просто защото информацията не може да бъде извлечена веднага.

Местоположение на справка

Концепцията за кеш на процесора попада в по-общия процес на компютърните науки, наречен локалност на референцията. Локалността на референцията се отнася до способността на софтуера да препраща към подмножество места от паметта за определен период от време. Като цяло тези места са близо един до друг. Това става чрез инструкции, написани като цикли и извиквания на подпрограми.

Има два начина за преместване на данните от основната памет към кеш паметта на компютъра. С временна локалност компютърът знае, че информацията скоро ще бъде използвана, затова се съхранява в кеш паметта, за да улесни извличането. Другият начин е s__patial locality , който се отнася до ситуация, при която се извлича информация, но скоро може да са необходими и данни в близост до нея.

Различни нива на кеша

Днешните компютри имат различни нива на кеш памет, където е важно да се обозначи разликата между кеша L1, L2 и L3 . Ранните процесори са използвали само едно ниво на кеш, но с развитието на технологията е необходимо да се разделят тези зони за извличане на памет, за да могат системите да продължат. Трите нива са:

  • L1 кеш - Това е основният кеш. Той е бърз, но е и малък, така че е ограничен до това какво може да съхранява. Обикновено е вграден в процесорния чип.
  • L2 кеш - Също известен като вторичен кеш, L2 кешът може да бъде вграден в процесорния чип или в отделен чип с високоскоростна шина, която го свързва към процесора.
  • L3 кеш - Този кеш на процесора е специализирана памет, която може да служи като резервно копие за вашите L1 и L2 кешове. Може да не е толкова бързо, но повишава производителността на вашите L1 и L2.

Определяне на производителността на кеш паметта

Попаданията и пропуските в кеша всъщност могат да кажат на ИТ специалистите доста за производителността на компютъра. Като наблюдавате кеш паметта в микропроцесора , можете да разгледате съотношението на посещенията, за да видите къде производителността може да изостава. Това се прави, като се използва следната формула: съотношение на попадения = попадение / (попадение + пропуск) = брой посещения / общ достъп

Ако съотношението на посещенията е изключено, има няколко неща, които можете да направите, за да подобрите производителността на кеша на компютъра си. Можете да използвате по- голям размер на кеш блока , да използвате по-висока асоциативност, да намалите честотата на пропускане или наказание за пропускане на компютъра или да намалите времето за удари в кеша.

Увеличаване на кеш паметта

Ако сте забелязали, че компютърът ви работи бавно, може да поискате да увеличите кеш паметта си. Това става чрез надграждане на процесора и кеш чиповете. Разбира се, най-лесният начин да направите това е просто да си купите нов компютър - но ако в противен случай се представя перфектно, може да си струва частично надграждане.

Обикновено единственият начин да подобрите кеш паметта си е да разтрошите компютъра си; ще откриете, че повечето дънни платки няма да поддържат надграждане на процесора ви. Ако обаче имате по-стара дънна платка, тя може да има слотове, които ви позволяват просто да подхлъзнете кеша L2 или L3 с по-голям капацитет.

Други кешове

Начинът на картографиране на кеш паметта в микропроцесора също се е развил през годините. Първоначално компютрите използваха архитектура за запис , което означаваше, че когато данните влязат в кеш, те също се актуализират автоматично в RAM паметта на компютъра. Това обаче забави нещата, въпреки че намалява риска от загуба на данни.

Днешните компютри са изградени така, че RAM да не се актуализира веднага, когато данните се записват в кеш. Тези данни се съхраняват в кеша на процесора, след което по-късно се изпращат в RAM на планирани интервали. Ако данните са стари или липсват, RAM може да вземе тези актуализации от кеша, за да сведе до минимум рисковете, но в противен случай остава в кеша, за да поддържа компютъра на пикова работна скорост.

Картиране на кеш паметта

В допълнение към йерархията L1, L2 и L3, кешът на процесора използва и конфигурации, за да контролира как се записват данните. Има три различни типа конфигурации:

  • Директно картографиран кеш - С тази конфигурация всеки блок се преобразува в едно кешово място, посочено предварително.
  • Напълно асоциативно картографиране - Тази конфигурация е като директно картографиран кеш в структурата, но блок може да бъде картографиран на всяко място, а не на конкретно местоположение на кеша.
  • Задаване на асоцииращо картографиране на кеша - това попада между двете крайности на директно картографирано и напълно асоциативно картографиране на кеша. Въпреки че картографирането е предварително уточнено, всеки блок се преобразува в подмножество от различни местоположения в кеша, вместо да има само едно определено.

Изключване и памет

Ако знаете нещо за паметта с произволен достъп или RAM, знаете, че тя временно съхранява информация. Колкото повече RAM има вашият компютър, толкова по-малко работа трябва да свърши вашият CPU за изпълнение на задачи, което предотвратява нежелани забавяния. На компютъра има два основни типа RAM: динамична RAM (DRAM) и статична RAM (SRAM).

Шансовете са, че вашата система работи на DRAM, което е преобладаващият тип, тъй като SRAM е по-скъп. Всяка клетка с памет в DRAM има схема с транзистор и кондензатор, като кондензаторът съхранява всеки бит данни. За да запази данните, DRAM трябва да се опреснява на всеки няколко милисекунди, тъй като информацията има тенденция да изтече от кондензатори.

Кеш срещу основната памет

Подобно на DRAM, кешът на процесора губи паметта си, когато изключите компютъра си. Включете го отново и кешът ви започва да събира информация от нулата.

Все пак има някои разлики между DRAM и кеша на процесора:

  • Ще намерите DRAM на дънната платка, като процесорът ще стигне до нея чрез шинна връзка.
  • Кеш паметта обикновено е двойна по-голяма от скоростта на DRAM.
  • За разлика от DRAM, който трябва да се обновява често, кешът не се нуждае от опресняване .

Кеш срещу виртуална памет

Когато чуете за нещо, наречено „виртуална памет“, можете да го объркате с кеш паметта. Виртуалната памет е нещо, което операционната система генерира, за да предотврати загубата на данни поради липса на физическа памет в даден момент. Това се различава от кеша, тъй като операционната система премества неактивни данни от RAM паметта на системата в дисково хранилище.

Виртуалната памет позволява на компютъра да изпълнява няколко програми поотделно, без да рискува загуба на данни. Операционната система не само премества данните в хранилището, но и свързва активната памет с неактивната памет на тези дискове, за да поддържа всичко ефективно. Вие, крайният потребител, никога не сте наясно, че се случва нещо от това.

Ускоряване на съществуващия компютър

Ако установите, че компютърът ви е бавен, има някои неща, които можете да направите, без да се налага да купувате нов компютър или да копаете твърде много във вътрешната работа на този, който имате. Ако изпитвате забавяне, може просто да ви липсва достатъчно RAM, за да се справите с различните задачи, които се опитвате да накарате компютъра си да изпълни.

Когато изключите компютъра си, кешът на процесора и RAM се изчерпват напълно. Рестартирането на вашия компютър може незабавно да поправи всички проблеми, свързани с паметта. Ако сте един от многото хора, които рядко рестартират, текущите ви проблеми с производителността могат да бъдат решени чрез просто задаване на час всеки ден за рестартиране на компютъра.

Можете да проверите използването на паметта си в Windows Task Manager или Mac Activity Monitor. Получаването на представа за случващото се зад кулисите може да бъде чудесен начин да решите какво трябва да направите, за да подобрите представянето. Може просто да става въпрос за определено приложение, работещо във фонов режим, консумиращо твърде много памет. Или изтриването или настройването на това приложение да не се отваря при стартиране може да реши проблема само с няколко стъпки.

Закупуване на нов компютър

Ако пазарувате за нов компютър, можете да си дадете възможно най-голямото предимство, като потърсите устройство с много RAM. Колкото повече RAM има вашата система, толкова повече програми можете да стартирате наведнъж, без това да повлияе на производителността. Това е особено вярно, ако участвате в интензивни за памет дейности като видео стрийминг и игри.

Вашият процесор също така ще има голямо значение за това колко добре се представя вашият компютър. Един Intel или AMD процесор е най-добрият начин да отида. Експертите препоръчват процесор Intel 9th ​​Generation Core, ако планирате да играете, като AMD Ryzen 2000 работи добре, ако планирате да редактирате видео. Ако просто изпълнявате стандартни задачи, някоя от тях вероятно ще даде добър тласък на кеш паметта във вашия микропроцесор.

Инсталиране на повече RAM

Ако просто искате да повишите производителността, повече RAM е един от най-лесните начини да направите компютъра си вдигнат. Първо ще трябва да проверите дали дънната ви платка поддържа скоростта и размера на RAM, която ще използвате, както и вида на RAM паметта. Вероятно ще се придържате с RAM, която е DDR4 и варира от 2133 MHz до 4700 MHz . По-старите компютри често стигат само до DDR3, така че може да се наложи да инвестирате в по-стари модули, ако искате да останете с текущата си дънна платка.

Ето стъпките, които трябва да предприемете, за да инсталирате повече RAM:

  • Изключете системата и извадете захранващия кабел. Изключете всички останали кабели от задната страна на компютъра.
  • Отстранете страничния панел, за да можете по-лесно да стигнете до слотовете за RAM в компютъра.
  • Извадете всяка RAM, която в момента сте инсталирали.
  • Инсталирайте новата RAM, като подредите краищата със слотовете на дънната платка и ги натиснете на място с силно натискане. По този начин трябва да влезе доста лесно. Ако не, може да се наложи да ги обърнете от другата страна.
  • Разклатете RAM стиковете, след като са фиксирани на място, за да сте сигурни, че са докрай.
  • Сменете страничния панел и поставете отново всички кабели, включително захранващия кабел.
  • Стартирайте системата си. Проверете дали системата регистрира новото количество RAM.