แนวทางใหม่ในการแคชโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำแคชของฮาร์ดไดรฟ์คืออะไร และเหตุใดจึงต้องใช้ความจุหน่วยความจำแคชระดับ 3

แคช - หน่วยความจำ (แคช, เงินสด, บัฟเฟอร์- อังกฤษ) - ใช้ในอุปกรณ์ดิจิทัลเป็นคลิปบอร์ดความเร็วสูง หน่วยความจำแคชสามารถพบได้ในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ เช่น โปรเซสเซอร์ การ์ดเครือข่าย ไดรฟ์ซีดี และอื่นๆ อีกมากมาย

หลักการทำงานและสถาปัตยกรรมของแคชอาจแตกต่างกันอย่างมาก

ตัวอย่างเช่น แคชสามารถทำหน้าที่เป็นแคชปกติได้ คลิปบอร์ด - อุปกรณ์จะประมวลผลข้อมูลและถ่ายโอนไปยังบัฟเฟอร์ความเร็วสูง โดยที่ตัวควบคุมจะส่งข้อมูลไปยังอินเทอร์เฟซ แคชดังกล่าวมีจุดประสงค์เพื่อป้องกันข้อผิดพลาด ตรวจสอบข้อมูลฮาร์ดแวร์เพื่อความสมบูรณ์ หรือเพื่อเข้ารหัสสัญญาณจากอุปกรณ์ให้เป็นสัญญาณที่เข้าใจได้สำหรับอินเทอร์เฟซโดยไม่เกิดความล่าช้า ระบบนี้ใช้เช่นใน ซีดี/ดีวีดีซีดีไดรฟ์

ในอีกกรณีหนึ่ง แคชสามารถให้บริการได้ จัดเก็บรหัสที่ใช้บ่อย และด้วยเหตุนี้จึงทำให้การประมวลผลข้อมูลเร็วขึ้น นั่นคืออุปกรณ์ไม่จำเป็นต้องคำนวณหรือค้นหาข้อมูลอีกครั้ง ซึ่งจะใช้เวลานานกว่าการอ่านจากแคชมาก ในกรณีนี้ขนาดและความเร็วของแคชมีบทบาทสำคัญมาก

สถาปัตยกรรมนี้มักพบในฮาร์ดไดรฟ์และหน่วยประมวลผลกลาง ( ซีพียู).

เมื่ออุปกรณ์ทำงาน เฟิร์มแวร์พิเศษหรือโปรแกรมดิสแพตเชอร์อาจถูกโหลดลงในแคช ซึ่งจะทำงานช้าลงด้วย รอม(อ่านอย่างเดียวหน่วยความจำ)

อุปกรณ์ที่ทันสมัยส่วนใหญ่ใช้งาน ประเภทแคชแบบผสม ซึ่งสามารถใช้เป็นทั้งคลิปบอร์ดและสำหรับจัดเก็บโค้ดที่ใช้บ่อย

มีฟังก์ชั่นที่สำคัญหลายประการที่นำมาใช้สำหรับแคชของโปรเซสเซอร์และชิปวิดีโอ

การรวมหน่วยดำเนินการ - หน่วยประมวลผลกลางและโปรเซสเซอร์วิดีโอมักใช้แคชที่ใช้ร่วมกันอย่างรวดเร็วระหว่างคอร์ ดังนั้น หากคอร์ใดคอร์หนึ่งประมวลผลข้อมูลและอยู่ในแคช และได้รับคำสั่งสำหรับการดำเนินการเดียวกันหรือทำงานกับข้อมูลนี้ ข้อมูลจะไม่ถูกประมวลผลโดยโปรเซสเซอร์อีก แต่จะถูกนำมาจาก แคชเพื่อการประมวลผลต่อไป เคอร์เนลจะถูกออฟโหลดเพื่อประมวลผลข้อมูลอื่นๆ ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมากในการคำนวณที่คล้ายกันแต่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากแคชมีขนาดใหญ่และรวดเร็ว

แคชที่ใช้ร่วมกันยังช่วยให้เคอร์เนลทำงานร่วมกับมันได้โดยตรง โดยข้ามความเร็วที่ช้า

แคชสำหรับคำแนะนำ อาจมีแคช L1 ที่ใช้ร่วมกันและรวดเร็วมากสำหรับคำแนะนำและการดำเนินการอื่นๆ หรือแคชเฉพาะสำหรับแคชเหล่านั้น ยิ่งมีคำสั่งเก็บไว้ในโปรเซสเซอร์มากเท่าใด แคชคำสั่งก็ยิ่งต้องการมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะช่วยลดเวลาแฝงของหน่วยความจำและช่วยให้บล็อกคำสั่งทำงานได้เกือบเป็นอิสระ เมื่อเต็ม บล็อกคำสั่งจะเริ่มไม่ได้ใช้งานเป็นระยะ ซึ่งจะทำให้ความเร็วในการคำนวณช้าลง

ฟังก์ชั่นและคุณสมบัติอื่นๆ.

เป็นที่น่าสังเกตว่าใน ซีพียู(หน่วยประมวลผลกลาง) นำไปใช้ การแก้ไขข้อผิดพลาดของฮาร์ดแวร์ (อีซีซี) เนื่องจากข้อผิดพลาดเล็กน้อยในแคชอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดต่อเนื่องหนึ่งครั้งในระหว่างการประมวลผลข้อมูลนี้เพิ่มเติม

ใน ซีพียูและ จีพียูมีอยู่จริง ลำดับชั้นแคช ซึ่งช่วยให้คุณสามารถแยกข้อมูลสำหรับแต่ละคอร์และคอร์ทั่วไปได้ แม้ว่าข้อมูลเกือบทั้งหมดจากแคชระดับที่สองยังคงถูกคัดลอกไปยังระดับที่สามซึ่งเป็นระดับทั่วไป แต่ก็ไม่เสมอไป ระดับแคชแรกนั้นเร็วที่สุด และแคชลำดับต่อมาจะช้ากว่า แต่มีขนาดใหญ่กว่า

สำหรับโปรเซสเซอร์ก็ถือว่าเป็นเรื่องปกติ สามและระดับแคชน้อยลง ซึ่งช่วยให้เกิดความสมดุลระหว่างความเร็ว ขนาดแคช และการกระจายความร้อน เป็นการยากที่จะค้นหาระดับแคชมากกว่าสองระดับในตัวประมวลผลวิดีโอ

ขนาดแคช ผลกระทบต่อประสิทธิภาพ และคุณลักษณะอื่นๆ.

โดยธรรมชาติแล้ว ยิ่งแคชมีขนาดใหญ่ขึ้นยิ่งสามารถจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลได้มากเท่าไร แต่กลับมีปัญหาร้ายแรง

แคชขนาดใหญ่- นี้ งบประมาณก้อนใหญ่- ในโปรเซสเซอร์เซิร์ฟเวอร์ ( ซีพียู) แคชสามารถใช้งานได้สูงสุด 80% งบประมาณทรานซิสเตอร์ ประการแรก สิ่งนี้ส่งผลต่อต้นทุนสุดท้าย และประการที่สอง การใช้พลังงานและการกระจายความร้อนเพิ่มขึ้น ซึ่งเทียบไม่ได้กับผลผลิตที่เพิ่มขึ้นหลายเปอร์เซ็นต์

แคชคือหน่วยความจำที่มีอยู่ในโปรเซสเซอร์ซึ่งมีการเขียนข้อมูล (คำสั่ง) ที่ใช้บ่อยที่สุดของ RAM ซึ่งช่วยให้การทำงานเร็วขึ้นอย่างมาก

ขนาดแคช L1 (ตั้งแต่ 8 ถึง 128 KB)
ขนาดแคชระดับ 1
แคชระดับ 1 คือบล็อกของหน่วยความจำความเร็วสูงที่อยู่บนคอร์โปรเซสเซอร์โดยตรง
ข้อมูลที่ดึงมาจาก RAM จะถูกคัดลอกไปไว้ในนั้น

การจัดเก็บคำสั่งหลักช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์เนื่องจากความเร็วในการประมวลผลที่สูงขึ้น (การประมวลผลจากแคชเร็วกว่าจาก RAM)

ความจุของแคชระดับแรกมีขนาดเล็กและมีขนาดเป็นกิโลไบต์
โดยทั่วไปแล้ว โปรเซสเซอร์รุ่น “รุ่นเก่า” จะมีแคช L1 ที่ใหญ่กว่า
สำหรับรุ่น Multi-core จะมีการระบุจำนวนหน่วยความจำแคช L1 สำหรับหนึ่งคอร์

ขนาดแคช L2 (ตั้งแต่ 128 ถึง 12288 KB)
ขนาดแคชระดับ 2
แคช L2 คือบล็อกของหน่วยความจำความเร็วสูงที่ทำหน้าที่เหมือนกับแคช L1 (ดู "ความจุแคช L1") แต่มีความเร็วต่ำกว่าและมีความจุมากกว่า

หากคุณเลือกโปรเซสเซอร์สำหรับงานที่ใช้ทรัพยากรมาก ควรเลือกรุ่นที่มีแคช L2 ขนาดใหญ่
สำหรับโปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์ จะมีการระบุจำนวนหน่วยความจำแคชระดับที่สองทั้งหมด

ขนาดแคช L3 (ตั้งแต่ 0 ถึง 16384 KB)
ขนาดแคชระดับ 3
แคช L3 ในตัว เมื่อรวมกับบัสระบบที่รวดเร็ว จะสร้างช่องทางการแลกเปลี่ยนข้อมูลความเร็วสูงพร้อมหน่วยความจำระบบ

ตามกฎแล้วเฉพาะ CPU สำหรับโซลูชันเซิร์ฟเวอร์หรือโปรเซสเซอร์ "เดสก์ท็อป" รุ่นพิเศษเท่านั้นที่ติดตั้งหน่วยความจำแคชระดับที่สาม

ตัวอย่างเช่น กลุ่มผลิตภัณฑ์โปรเซสเซอร์ เช่น Intel Pentium 4 Extreme Edition, Xeon DP, Itanium 2, Xeon MP และอื่นๆ มีหน่วยความจำแคชระดับที่สาม

มีรายละเอียดมากขึ้นเรื่อยๆ บนอินเทอร์เน็ตเกี่ยวกับโปรเซสเซอร์ Comet Lake-S ของ Intel

ซ็อกเก็ต Intel LGA1200 สำหรับโปรเซสเซอร์พีซี

การเปิดตัวโปรเซสเซอร์ Intel Core Comet Lake รุ่นที่ 10 สำหรับเดสก์ท็อปพีซีและมาเธอร์บอร์ดที่ใช้ชิปเซ็ตซีรีส์ 400 (Z490, W480, Q470 และ H410) คาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วงครึ่งหลังของปี 2020

NVIDIA GeForce Experience ได้รับการอัพเดตเป็นเวอร์ชัน 3.20.2

เมื่อวันที่ 23 ธันวาคม 2019 NVIDIA ได้อัปเดตแอปพลิเคชัน NVIDIA GeForce Experience (GFE) สำหรับ Windows เป็นเวอร์ชัน 3.20.2
การอัปเดตแก้ไขช่องโหว่ที่เป็นอันตราย CVE-2019-5702

บางที Microsoft อาจทำให้ชีวิตง่ายขึ้นสำหรับผู้ใช้ Windows 10

ตามข้อมูลวงในของ WalkingCat Microsoft วางแผนที่จะเปลี่ยนแปลงรูปแบบการอัปเดตสำหรับระบบปฏิบัติการ Windows 10 อย่างรุนแรง

หน่วยความจำแคชของโปรเซสเซอร์คืออะไร

ทำหน้าที่ประมาณเดียวกับ RAM มีเพียงแคชเท่านั้นที่เป็นหน่วยความจำที่อยู่ในโปรเซสเซอร์ โปรเซสเซอร์ใช้หน่วยความจำแคชเพื่อจัดเก็บข้อมูล จะบัฟเฟอร์ข้อมูลที่ใช้บ่อยที่สุด ซึ่งจะทำให้เวลาในการเข้าถึงครั้งต่อไปลดลงอย่างมาก หากความจุ RAM ในคอมพิวเตอร์เครื่องใหม่มีขนาดตั้งแต่ 1 GB แคชจะอยู่ที่ประมาณ 2-8 MB อย่างที่คุณเห็นความจุของหน่วยความจำแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด แต่ถึงแม้ปริมาณนี้ก็เพียงพอที่จะรับประกันประสิทธิภาพปกติของทั้งระบบ ในปัจจุบัน โปรเซสเซอร์ที่มีหน่วยความจำแคชสองระดับเป็นเรื่องธรรมดา: L1 (ระดับแรก) และ L2 (วินาที) แคช L1 มีขนาดเล็กกว่าแคช L2 มาก ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 128 KB ใช้สำหรับจัดเก็บคำแนะนำ แต่ระดับที่สองใช้เก็บข้อมูลจึงมีขนาดใหญ่กว่า ขณะนี้โปรเซสเซอร์ส่วนใหญ่มีแคชระดับที่สองที่ใช้ร่วมกัน แต่ไม่ใช่ทุกคนที่มี เช่น AMD Athlon 64 X 2 มีแคช L2 ของตัวเองสำหรับแต่ละคอร์ แคมเปญ AMD สัญญาว่าจะมอบโปรเซสเซอร์ AMD Phenom ที่มีสี่คอร์และแคชสามระดับในเร็วๆ นี้

แคชซอฟต์แวร์

แคชของโปรเซสเซอร์มักจะสับสนกับแคชของซอฟต์แวร์ สิ่งเหล่านี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงแม้ว่าจะทำหน้าที่คล้ายกันก็ตาม แคชโปรเซสเซอร์คือชิปที่ติดตั้งอยู่ในโปรเซสเซอร์ซึ่งช่วยให้ประมวลผลข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว แคชซอฟต์แวร์คือโฟลเดอร์หรือไฟล์บางไฟล์ในฮาร์ดไดรฟ์ของคุณซึ่งมีบางโปรแกรมจัดเก็บข้อมูลที่ต้องการ ลองดูตัวอย่าง: คุณโหลดไซต์ของฉัน ส่วนหัวของไซต์ (รูปภาพด้านบนสุด) และรูปภาพที่เหลือถูกบันทึกไว้ในแคชของเบราว์เซอร์ของคุณ ตัวอย่างเช่น หากคุณกลับมาที่นี่ พรุ่งนี้ รูปภาพจะไม่โหลดจากอินเทอร์เน็ตอีกต่อไป แต่โหลดจากแคชของคอมพิวเตอร์ ซึ่งช่วยให้คุณประหยัดเงิน หากคุณมีเบราว์เซอร์ Opera โฟลเดอร์ที่มีรูปภาพที่คุณดาวน์โหลดจะอยู่ที่

หน่วยความจำแคชหรือที่เรียกว่าหน่วยความจำบัฟเฟอร์ของฮาร์ดไดรฟ์ หากคุณไม่ทราบว่ามันคืออะไร เรายินดีที่จะตอบคำถามนี้และแจ้งให้คุณทราบเกี่ยวกับคุณสมบัติทั้งหมดที่มีให้ นี่คือ RAM ชนิดพิเศษที่ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์สำหรับจัดเก็บข้อมูลที่อ่านก่อนหน้านี้แต่ยังไม่ได้ส่งเพื่อการประมวลผลเพิ่มเติม รวมถึงการจัดเก็บข้อมูลที่ระบบเข้าถึงบ่อยที่สุด

ความต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลระหว่างการขนส่งเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างปริมาณงานของระบบพีซีและความเร็วในการอ่านข้อมูลจากไดรฟ์ หน่วยความจำแคชยังสามารถพบได้ในอุปกรณ์อื่นๆ เช่น ในการ์ดแสดงผล โปรเซสเซอร์ การ์ดเครือข่าย และอื่นๆ

ปริมาณคืออะไรและมีผลกระทบอย่างไร?

ปริมาตรบัฟเฟอร์สมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ บ่อยครั้งที่ HDD มีแคช 8, 16, 32 และ 64 MB เมื่อคัดลอกไฟล์ขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพระหว่าง 8 ถึง 16 MB จะมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ แต่ระหว่าง 16 ถึง 32 จะสังเกตเห็นได้น้อยกว่า หากคุณเลือกระหว่าง 32 ถึง 64 ก็แทบจะไม่มีเลย มีความจำเป็นต้องเข้าใจว่าบัฟเฟอร์มักจะมีภาระหนักและในกรณีนี้ยิ่งมีขนาดใหญ่ก็ยิ่งดีเท่านั้น

ฮาร์ดไดรฟ์สมัยใหม่ใช้พื้นที่ 32 หรือ 64 MB ซึ่งหาได้ยากในปัจจุบัน สำหรับผู้ใช้ทั่วไปทั้งค่าแรกและค่าที่สองก็เพียงพอแล้ว นอกจากนี้ ประสิทธิภาพยังได้รับผลกระทบจากขนาดของแคชที่มีอยู่ในระบบอีกด้วย นี่คือการเพิ่มประสิทธิภาพของฮาร์ดไดรฟ์โดยเฉพาะเมื่อมี RAM ที่เพียงพอ

ตามทฤษฎีแล้ว ยิ่งมีปริมาณมากเท่าใด ประสิทธิภาพก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น และยิ่งมีข้อมูลอยู่ในบัฟเฟอร์มากขึ้นและไม่โหลดฮาร์ดไดรฟ์ แต่ในทางปฏิบัติทุกอย่างจะแตกต่างกันเล็กน้อยและผู้ใช้โดยเฉลี่ยยกเว้นในบางกรณีที่หายาก จะไม่สังเกตเห็นความแตกต่างมากนัก แน่นอนว่าขอแนะนำให้เลือกและซื้ออุปกรณ์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของพีซีของคุณได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม ควรทำเมื่อความสามารถทางการเงินเอื้ออำนวยเท่านั้น

วัตถุประสงค์

ได้รับการออกแบบมาเพื่ออ่านและเขียนข้อมูล อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีบนไดรฟ์ SCSI จำเป็นต้องได้รับสิทธิ์ในการเขียนแคช เนื่องจากการตั้งค่าเริ่มต้นคือปิดใช้งานการเขียนแคช ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ปริมาณไม่ใช่ปัจจัยชี้ขาดในการปรับปรุงประสิทธิภาพการดำเนินงาน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของฮาร์ดไดรฟ์ สิ่งสำคัญคือต้องจัดระเบียบการแลกเปลี่ยนข้อมูลกับบัฟเฟอร์ นอกจากนี้ยังได้รับผลกระทบอย่างเต็มที่จากการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม การป้องกันเหตุการณ์ ฯลฯ

หน่วยความจำบัฟเฟอร์จะจัดเก็บข้อมูลที่ใช้บ่อยที่สุด ในขณะที่ไดรฟ์ข้อมูลจะกำหนดความจุของข้อมูลที่จัดเก็บนี้ เนื่องจากมีขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพของฮาร์ดไดรฟ์จึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากข้อมูลถูกโหลดโดยตรงจากแคชและไม่จำเป็นต้องอ่านทางกายภาพ

การอ่านทางกายภาพคือการเข้าถึงโดยตรงของระบบไปยังฮาร์ดไดรฟ์และเซกเตอร์ต่างๆ กระบวนการนี้วัดเป็นมิลลิวินาทีและใช้เวลานานพอสมควร ในเวลาเดียวกัน HDD จะถ่ายโอนข้อมูลได้เร็วกว่าเมื่อมีการร้องขอจากการเข้าถึงฮาร์ดไดรฟ์ทางกายภาพมากกว่า 100 เท่า นั่นคือช่วยให้อุปกรณ์ทำงานได้แม้ว่าโฮสต์บัสจะไม่ว่างก็ตาม

ประโยชน์ที่สำคัญ

หน่วยความจำบัฟเฟอร์มีข้อดีหลายประการ โดยข้อดีหลักๆ คือการประมวลผลข้อมูลที่รวดเร็ว ซึ่งใช้เวลาน้อยที่สุด ในขณะที่การเข้าถึงเซกเตอร์ไดรฟ์ทางกายภาพนั้นต้องใช้เวลาระยะหนึ่งจนกว่าหัวดิสก์จะพบส่วนข้อมูลที่ต้องการและเริ่มต้นขึ้น เพื่ออ่านมัน นอกจากนี้ฮาร์ดไดรฟ์ที่มีพื้นที่เก็บข้อมูลที่ใหญ่ที่สุดสามารถลดโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ได้อย่างมาก ดังนั้นโปรเซสเซอร์จึงถูกใช้น้อยที่สุด

นอกจากนี้ยังสามารถเรียกได้ว่าเป็นตัวเร่งความเร็วเต็มรูปแบบเนื่องจากฟังก์ชันบัฟเฟอร์ทำให้ฮาร์ดไดรฟ์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็วยิ่งขึ้น แต่ทุกวันนี้ ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยี ทำให้ความสำคัญในอดีตหายไป เนื่องจากโมเดลที่ทันสมัยส่วนใหญ่มี 32 และ 64 MB ซึ่งเพียงพอสำหรับการทำงานปกติของไดรฟ์ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น คุณสามารถจ่ายส่วนต่างมากเกินไปได้ก็ต่อเมื่อส่วนต่างของต้นทุนสอดคล้องกับส่วนต่างของประสิทธิภาพเท่านั้น

สุดท้ายนี้ ฉันอยากจะบอกว่าหน่วยความจำบัฟเฟอร์ ไม่ว่าจะเป็นอะไรก็ตาม จะปรับปรุงประสิทธิภาพของโปรแกรมหรืออุปกรณ์เฉพาะเมื่อมีการเข้าถึงข้อมูลเดียวกันซ้ำๆ ซึ่งมีขนาดไม่ใหญ่กว่าขนาดแคช หากงานคอมพิวเตอร์ของคุณเกี่ยวข้องกับโปรแกรมที่โต้ตอบกับไฟล์ขนาดเล็ก คุณจะต้องมี HDD ที่มีความจุสูงสุด

วิธีค้นหาขนาดแคชปัจจุบัน

สิ่งที่คุณต้องทำคือดาวน์โหลดและติดตั้งโปรแกรมฟรี HDTune- หลังจากเปิดตัวไปที่ส่วน "ข้อมูล" และที่ด้านล่างของหน้าต่างคุณจะเห็นพารามิเตอร์ที่จำเป็นทั้งหมด

หากคุณกำลังซื้ออุปกรณ์ใหม่คุณสามารถดูคุณสมบัติที่จำเป็นทั้งหมดได้บนกล่องหรือตามคำแนะนำที่แนบมา อีกทางเลือกหนึ่งคือการดูบนอินเทอร์เน็ต

ผู้ใช้ทุกคนตระหนักดีถึงองค์ประกอบของคอมพิวเตอร์เช่นโปรเซสเซอร์ซึ่งมีหน้าที่ในการประมวลผลข้อมูลตลอดจนหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM หรือ RAM) ซึ่งมีหน้าที่ในการจัดเก็บข้อมูล แต่ไม่ใช่ทุกคนที่อาจรู้ว่ายังมีหน่วยความจำแคชของโปรเซสเซอร์ (Cache CPU) นั่นคือ RAM ของโปรเซสเซอร์นั้นเอง (ที่เรียกว่า ultra-RAM)

เหตุผลที่กระตุ้นให้นักออกแบบคอมพิวเตอร์ใช้หน่วยความจำเฉพาะสำหรับโปรเซสเซอร์คืออะไร ความจุ RAM ของคอมพิวเตอร์ไม่เพียงพอหรือไม่

อันที่จริงคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลไม่มีหน่วยความจำแคชมาเป็นเวลานานแล้ว แต่อย่างที่คุณทราบ โปรเซสเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่เร็วที่สุดในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล และความเร็วของมันเพิ่มขึ้นตาม CPU รุ่นใหม่แต่ละรุ่น ปัจจุบันความเร็ววัดเป็นพันล้านการดำเนินการต่อวินาที ในเวลาเดียวกัน RAM มาตรฐานไม่ได้เพิ่มประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญในช่วงวิวัฒนาการ

โดยทั่วไปแล้ว มีเทคโนโลยีชิปหน่วยความจำหลักอยู่สองเทคโนโลยี ได้แก่ หน่วยความจำแบบคงที่และหน่วยความจำแบบไดนามิก โดยไม่ต้องเจาะลึกรายละเอียดของการออกแบบเราจะบอกเพียงว่าหน่วยความจำแบบคงที่ซึ่งต่างจากหน่วยความจำแบบไดนามิกที่ไม่ต้องการการสร้างใหม่ นอกจากนี้ หน่วยความจำแบบคงที่ใช้ทรานซิสเตอร์ 4-8 ตัวสำหรับข้อมูลหนึ่งบิต ในขณะที่หน่วยความจำแบบไดนามิกใช้ทรานซิสเตอร์ 1-2 ตัว ดังนั้นหน่วยความจำแบบไดนามิกจึงมีราคาถูกกว่าหน่วยความจำแบบคงที่มาก แต่ในขณะเดียวกันก็ช้ากว่ามาก ปัจจุบันชิป RAM ผลิตขึ้นโดยใช้หน่วยความจำแบบไดนามิก

วิวัฒนาการโดยประมาณของอัตราส่วนความเร็วของโปรเซสเซอร์และ RAM:

ดังนั้นหากโปรเซสเซอร์รับข้อมูลจาก RAM ตลอดเวลา จะต้องรอให้หน่วยความจำไดนามิกช้า และจะไม่ได้ใช้งานตลอดเวลา ในกรณีเดียวกัน หากใช้หน่วยความจำแบบคงที่เป็น RAM ต้นทุนของคอมพิวเตอร์จะเพิ่มขึ้นหลายเท่า

นั่นคือสาเหตุว่าทำไมจึงมีการประนีประนอมอย่างสมเหตุสมผล RAM ส่วนใหญ่ยังคงเป็นไดนามิก ในขณะที่โปรเซสเซอร์มีหน่วยความจำแคชที่รวดเร็วของตัวเองโดยใช้ชิปหน่วยความจำแบบคงที่ ไดรฟ์ข้อมูลมีขนาดค่อนข้างเล็ก ตัวอย่างเช่น ขนาดของแคชระดับที่สองมีเพียงไม่กี่เมกะไบต์เท่านั้น อย่างไรก็ตาม โปรดจำไว้ว่า RAM ทั้งหมดของคอมพิวเตอร์ IBM PC เครื่องแรกนั้นน้อยกว่า 1 MB

นอกจากนี้ ความเหมาะสมในการแนะนำเทคโนโลยีแคชยังได้รับอิทธิพลจากข้อเท็จจริงที่ว่าแอปพลิเคชันต่างๆ ที่อยู่ใน RAM โหลดโปรเซสเซอร์แตกต่างกัน และด้วยเหตุนี้ จึงมีข้อมูลจำนวนมากที่ต้องมีการประมวลผลลำดับความสำคัญเมื่อเทียบกับแอปพลิเคชันอื่นๆ

ประวัติแคช

พูดอย่างเคร่งครัด ก่อนที่หน่วยความจำแคชจะย้ายไปยังคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล หน่วยความจำดังกล่าวได้ถูกนำมาใช้ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์อย่างประสบความสำเร็จมาเป็นเวลาหลายทศวรรษแล้ว

เป็นครั้งแรกที่หน่วยความจำแคชเพียง 16 KB ปรากฏในพีซีที่ใช้โปรเซสเซอร์ i80386 ในปัจจุบัน โปรเซสเซอร์สมัยใหม่ใช้ระดับแคชที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ตัวแรก (แคชที่เร็วที่สุดในขนาดที่เล็กที่สุด - โดยปกติคือ 128 KB) ไปจนถึงระดับที่สาม (แคชที่ช้าที่สุดในขนาดที่ใหญ่ที่สุด - มากถึงสิบ MB)

ในตอนแรก แคชภายนอกของโปรเซสเซอร์อยู่บนชิปที่แยกจากกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งนี้ทำให้บัสที่อยู่ระหว่างแคชและโปรเซสเซอร์กลายเป็นคอขวด ส่งผลให้การแลกเปลี่ยนข้อมูลช้าลง ในไมโครโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ หน่วยความจำแคชทั้งระดับที่หนึ่งและสองจะอยู่ในแกนประมวลผลนั่นเอง

เป็นเวลานานแล้วที่โปรเซสเซอร์มีแคชเพียงสองระดับ แต่ Intel Itanium CPU เป็นรุ่นแรกที่มีแคชระดับที่สาม ซึ่งพบได้ทั่วไปในคอร์โปรเซสเซอร์ทั้งหมด นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาโปรเซสเซอร์ที่มีแคชสี่ระดับ

สถาปัตยกรรมและหลักการแคช

ปัจจุบันมีการรู้จักองค์กรหน่วยความจำแคชสองประเภทหลักซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากการพัฒนาทางทฤษฎีครั้งแรกในสาขาไซเบอร์เนติกส์ - สถาปัตยกรรมพรินซ์ตันและฮาร์วาร์ด สถาปัตยกรรมพรินซ์ตันหมายถึงพื้นที่หน่วยความจำเดียวสำหรับการจัดเก็บข้อมูลและคำสั่ง ในขณะที่สถาปัตยกรรมฮาร์วาร์ดหมายถึงพื้นที่ที่แยกจากกัน โปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล x86 ส่วนใหญ่ใช้หน่วยความจำแคชประเภทแยกต่างหาก นอกจากนี้หน่วยความจำแคชประเภทที่สามยังปรากฏในโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ - ที่เรียกว่าบัฟเฟอร์การแปลแบบเชื่อมโยงซึ่งออกแบบมาเพื่อเร่งความเร็วการแปลงที่อยู่หน่วยความจำเสมือนของระบบปฏิบัติการไปเป็นที่อยู่หน่วยความจำกายภาพ

แผนภาพอย่างง่ายของการโต้ตอบระหว่างหน่วยความจำแคชและโปรเซสเซอร์สามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้ ขั้นแรก โปรเซสเซอร์จะตรวจสอบการมีอยู่ของข้อมูลที่โปรเซสเซอร์ต้องการในแคชระดับแรกที่เร็วที่สุด จากนั้นในแคชระดับที่สอง เป็นต้น หากไม่พบข้อมูลที่จำเป็นในระดับแคชใด ๆ จะเรียกว่าเป็นข้อผิดพลาดหรือแคชหายไป หากไม่มีข้อมูลในแคชเลย แสดงว่าโปรเซสเซอร์จะต้องรับข้อมูลจาก RAM หรือแม้แต่จากหน่วยความจำภายนอก (จากฮาร์ดไดรฟ์)

ลำดับที่โปรเซสเซอร์ค้นหาข้อมูลในหน่วยความจำ:

นี่คือวิธีที่โปรเซสเซอร์ค้นหาข้อมูล

มีตัวควบคุมพิเศษเพื่อควบคุมการทำงานของหน่วยความจำแคชและการโต้ตอบกับหน่วยประมวลผลของโปรเซสเซอร์รวมถึง RAM

โครงการจัดระเบียบปฏิสัมพันธ์ของคอร์โปรเซสเซอร์แคชและ RAM:

ตัวควบคุมแคชคือตัวเชื่อมโยงหลักระหว่างโปรเซสเซอร์, RAM และหน่วยความจำแคช

ควรสังเกตว่าการแคชข้อมูลเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนที่ใช้เทคโนโลยีและอัลกอริธึมทางคณิตศาสตร์มากมาย แนวคิดพื้นฐานที่ใช้ในการแคช ได้แก่ วิธีการเขียนแคชและสถาปัตยกรรมการเชื่อมโยงแคช

วิธีการเขียนแคช

มีสองวิธีหลักในการเขียนข้อมูลลงในหน่วยความจำแคช:

1. วิธีการเขียนกลับ – ข้อมูลจะถูกเขียนไปที่แคชก่อน จากนั้นจึงเขียนไปที่ RAM เมื่อเกิดเงื่อนไขบางประการ
2. วิธีการเขียนผ่าน – ข้อมูลถูกเขียนพร้อมกันไปยัง RAM และแคช

สถาปัตยกรรมการเชื่อมโยงแคช

สถาปัตยกรรมการเชื่อมโยงแคชกำหนดวิธีที่ข้อมูลจาก RAM ถูกแมปกับแคช ตัวเลือกหลักสำหรับสถาปัตยกรรมการเชื่อมโยงแคชคือ:

1. แคชที่แมปโดยตรง - ส่วนเฉพาะของแคชมีหน้าที่รับผิดชอบต่อส่วนเฉพาะของ RAM
2. แคชที่เชื่อมโยงอย่างสมบูรณ์ - ส่วนใดส่วนหนึ่งของแคชสามารถเชื่อมโยงกับส่วนใดก็ได้ของ RAM
3. แคชแบบผสม (set-associative)

โดยทั่วไประดับแคชที่แตกต่างกันสามารถใช้สถาปัตยกรรมการเชื่อมโยงแคชที่แตกต่างกันได้ การแคช RAM ที่แมปโดยตรงเป็นตัวเลือกการแคชที่เร็วที่สุด ดังนั้น โดยทั่วไปสถาปัตยกรรมนี้จึงใช้สำหรับแคชขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน แคชที่เชื่อมโยงโดยสมบูรณ์จะมีข้อผิดพลาด (พลาด) แคชน้อยลง

บทสรุป

ในบทความนี้ คุณได้รู้จักกับแนวคิดของหน่วยความจำแคช สถาปัตยกรรมหน่วยความจำแคช และวิธีการแคช และเรียนรู้ว่าแนวคิดนี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์สมัยใหม่อย่างไร การมีหน่วยความจำแคชสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของโปรเซสเซอร์ได้อย่างมาก ลดเวลาว่าง และทำให้ประสิทธิภาพของทั้งระบบเพิ่มขึ้น