حافظه پنهان - حافظه (حافظه پنهان, پول نقد, بافر- eng.) - در دستگاه های دیجیتال به عنوان کلیپ بورد با سرعت بالا استفاده می شود. حافظه کش را می توان در دستگاه های کامپیوتری مانند پردازنده ها، کارت های شبکه، درایوهای CD و بسیاری دیگر یافت.
اصل عملکرد و معماری کش می تواند بسیار متفاوت باشد.
به عنوان مثال، یک کش می تواند به عنوان یک حالت عادی عمل کند کلیپ بورد . دستگاه داده ها را پردازش کرده و به یک بافر پرسرعت منتقل می کند، جایی که کنترلر داده ها را به رابط منتقل می کند. چنین حافظه پنهانی برای جلوگیری از خطاها، بررسی سخت افزار داده ها برای یکپارچگی، یا رمزگذاری سیگنال از دستگاه به سیگنال قابل فهم برای رابط، بدون تاخیر در نظر گرفته شده است. این سیستم به عنوان مثال در CD/DVDدرایوهای سی دی
در غیر این صورت، حافظه نهان ممکن است به ذخیره کدهای پرکاربرد و در نتیجه سرعت پردازش داده ها را افزایش می دهد. به این معنی که دستگاه نیازی به محاسبه مجدد یا جستجوی داده ها ندارد، که بسیار بیشتر از خواندن آن از حافظه پنهان طول می کشد. در این مورد، اندازه و سرعت کش نقش بسیار مهمی دارد.
این معماری اغلب بر روی هارد دیسک ها و واحدهای پردازش مرکزی ( CPU).
هنگامی که دستگاه‌ها کار می‌کنند، میان‌افزارهای ویژه یا برنامه‌های توزیع‌کننده را می‌توان در حافظه پنهان بارگذاری کرد، که با سرعت کمتری کار می‌کند. رام(دستگاه ذخیره سازی دائمی).
اکثر دستگاه های مدرن استفاده می کنند نوع حافظه پنهان مختلط ، که می تواند هم به عنوان کلیپ بورد و هم مکانی برای ذخیره کدهای پرکاربرد باشد.
چندین عملکرد بسیار مهم برای حافظه نهان پردازنده ها و تراشه های ویدئویی پیاده سازی شده است.
تجمیع واحدهای اجرایی . CPU ها و پردازنده های ویدئویی اغلب از یک حافظه پنهان مشترک سریع بین هسته ها استفاده می کنند. بر این اساس، اگر یک هسته اطلاعات را پردازش کند و در حافظه پنهان باشد و دستوری برای همان عملیات یا برای کار با این داده ها برسد، آنگاه داده ها دوباره توسط پردازنده پردازش نمی شوند، بلکه از حافظه پنهان گرفته می شوند. برای پردازش بیشتر هسته برای پردازش داده های دیگر بارگیری می شود. این به طور قابل توجهی عملکرد را در همان نوع، اما محاسبات پیچیده افزایش می دهد، به خصوص اگر حافظه پنهان بزرگ و سریع باشد.
حافظه پنهان مشترک، همچنین به هسته ها اجازه می دهد تا مستقیماً با آن کار کنند و سرعت آهسته را دور بزنند.
کش برای دستورالعمل ها. یا یک حافظه پنهان سطح اول بسیار سریع برای دستورالعمل ها و سایر عملیات وجود دارد، یا یک حافظه اختصاصی برای آنها. هر چه یک پردازنده دستورالعمل های تعبیه شده بیشتری داشته باشد، کش دستورالعمل های مورد نیاز آن بیشتر است. این امر تأخیر حافظه را کاهش می دهد و به بلوک دستورالعمل اجازه می دهد تقریباً مستقل عمل کند.
سایر عملکردها و ویژگی ها.
قابل ذکر است که در CPU(واحدهای پردازش مرکزی)، اعمال می شود تصحیح خطای سخت افزاری (ECC، زیرا یک خطای کوچک در حافظه پنهان می تواند منجر به یک خطای مداوم در پردازش بیشتر این داده ها شود.
V CPUو پردازنده گرافیکیوجود دارد سلسله مراتب کش ، که به شما امکان می دهد داده ها را برای هسته های جداگانه و کلی جدا کنید. اگرچه تقریباً تمام داده‌های حافظه نهان سطح دوم هنوز در سطح عمومی سوم کپی می‌شوند، اما نه همیشه. اولین سطح حافظه پنهان سریعترین است و هر سطح بعدی کندتر، اما از نظر اندازه بزرگتر است.
برای پردازنده ها عادی است سهو سطوح کش کمتر. این به شما امکان می دهد بین سرعت، اندازه حافظه پنهان و اتلاف گرما تعادل برقرار کنید. یافتن بیش از دو سطح حافظه پنهان در پردازنده های ویدئویی دشوار است.
اندازه کش، تاثیر عملکرد و سایر ویژگی ها.
طبیعتا، کش بیشتر، داده های بیشتری را می تواند ذخیره و پردازش کند، اما یک مشکل جدی وجود دارد.
پول نقد بزرگ- آی تی بودجه بزرگ. در پردازنده های سرور ( CPU)، کش می تواند تا 80% بودجه ترانزیستور اولاً این روی هزینه نهایی تأثیر می گذارد و ثانیاً مصرف برق و اتلاف گرما افزایش می یابد که با عملکرد چند درصد افزایش یافته قابل مقایسه نیست.
یکی از مهمترین ویژگی های یک پردازنده حافظه کش آن است. نه تنها حجم آن مهم است، بلکه سرعت دسترسی و همچنین توزیع آن بر اساس سطوح نیز مهم است. کاملاً تمام پردازنده های دسکتاپ و حتی برخی از موبایل ها به این حافظه مجهز هستند. در این قسمت در مورد هدف عملی این مشخصه صحبت خواهیم کرد.
ساختار و اینکه کش برای چیست
حافظه پنهان- این حافظه ای است که سرعت خواندن/نوشتن بالایی دارد و برای ذخیره موقت داده هایی که بیشترین استفاده را دارند طراحی شده است. با ترجمه به زبان ساده، سرعت پردازشگر را هنگام انجام کارهایی از همان نوع افزایش می دهد.
نام دیگر حافظه نهان حافظه استاتیک است.ویژگی مهم آن ساخت هر یک از سلول های آن بر روی یک آبشار ترانزیستور است (یعنی یک سلول شبیه یک گروه ترانزیستور است)، هر آبشار به طور متوسط تا 10 ترانزیستور دارد. از آنجایی که سرعت سوئیچینگ ترانزیستور بین حالت ها بسیار زیاد است، سرعت حافظه نیز بسیار بالا است. اما یک نکته منفی نیز وجود دارد، آن در ابعاد کلی این نوع حافظه ها و همچنین هزینه بالای آن نهفته است.
اولین صاحبان این نوع حافظه نهان پردازنده های 80386 اینتل (386) بودند و روی مادربرد قرار داشتند. در آینده، در پردازنده‌های جدید اینتل 80486 (486)، این نوع حافظه به خود پردازنده اضافه می‌شود، در حالی که آن را روی مادربرد حفظ می‌کند. با توجه به این ویژگی، آنها به دو سطح تقسیم شدند، آنچه روی تراشه وجود دارد به عنوان حافظه نهان سطح اول (L1) و یکی از روی مادربرد - حافظه نهان سطح دوم (L2) شناخته شد. اما امروزه کش سطح دوم نیز به دای پردازنده منتقل شده است. بین خود، این نوع حافظه ها بر اساس دو طرح ممکن کار می کنند: فراگیر (تکثیر حافظه در هر دو سطح) و انحصاری (داده ها در هر سطح انحصاری هستند).
همانطور که قبلا ذکر شد، حافظه نهان به عنوان بافری عمل می کند که دستورات مکرر اجرا شده و داده های استفاده شده از RAM (حافظه دسترسی تصادفی) در آن بارگذاری می شوند. اگرچه اندازه آن بر اساس استانداردهای امروزی بسیار کوچک است (تا 32 مگابایت)، اما عملکرد قابل توجهی را افزایش می دهد. ارتباط بین حافظه نهان و RAM بر اساس یکی از طرح های ممکن رخ می دهد: نگاشت مستقیم، نوع انجمنی، انجمنی. توضیح این مدارها منطقی نیست، من شک دارم که در هنگام خرید، کسی بتواند به شما پاسخ دهد که کدام مدار در یک پردازنده خاص استفاده می شود.
سطوح حافظه پنهان پردازنده
اکثر پردازنده های مدرن به دو یا سه سطح حافظه کش مجهز هستند (اکنون سومین آن را می توان روی مادربرد قرار داد):
حافظه پنهان سطح اول (L1)- سریعترین در بین تمام سطوح، واقع در نزدیکی هسته پردازنده، به همین دلیل دارای کمترین زمان پاسخگویی است و با سرعتی نزدیک به سرعت پردازنده کار می کند. یکی دیگر از وظایف این نوع حافظه، ایجاد تبادل بین پردازنده و سطح دوم حافظه کش است.
حافظه نهان سطح دوم (L2)- حافظه بیشتری نسبت به اولی دارد، اما این منجر به چنین لحظه منفی مانند کاهش سرعت می شود. این می تواند برای کل پردازنده عمومی باشد یا برای هر هسته جداگانه. یکی از اهداف، ایجاد بافر بین سطح اول و سوم است.
حافظه پنهان L3 (L3)- کندترین حافظه نهان (اما هنوز به طور قابل توجهی سریعتر از RAM) اما همچنین دارای بیشترین مقدار حافظه است. اگر سطح اول برای هر هسته جداگانه باشد، این سطح برای کل پردازنده مشترک است.
جمع بندی
حافظه نهان پردازنده رم فوق سریع شخصی آن است. این برای ذخیره سازی داده هایی که اغلب استفاده می شود توسط پردازنده در هنگام انجام یک کار خاص عمل می کند. حافظه کش پردازنده می تواند سه سطح داشته باشد - سریعترین سطح اول است و بزرگترین و همچنین کندترین سطح سوم است.
CPU- (انگلیسی "واحد پردازش مرکزی"، CPU - واحد پردازش مرکزی) - یک ریز مدار طراحی شده برای پردازش کد برنامه و تعیین عملکردهای اصلی کامپیوتر مربوط به پردازش اطلاعات. پردازنده عملیات منطقی و حسابی را انجام می دهد، فرآیندهای محاسباتی را کنترل می کند و عملکرد دستگاه های سیستم را هماهنگ می کند.
واحد پردازش مرکزی تراشه ای است که روی مادربرد قرار گرفته یا در آن نصب شده است.
ویژگی های اصلی ریزپردازنده را در نظر بگیرید.
هستهجزء اصلی CPU است و بیشتر پارامترهای CPU مانند نوع سوکت، محدوده فرکانس کاری و فرکانس گذرگاه داده داخلی (FSB) را تعیین می کند.
هسته پردازنده دارای مشخصات زیر است که در ادامه به آنها پرداخته خواهد شد: حجم حافظه نهان داخلی سطح اول و دوم، ولتاژ، اتلاف گرما و غیره.
تعداد هسته ها - تعداد هسته های پردازنده. افزایش تعداد هسته های CPU باعث افزایش عملکرد آن می شود.
اندازه کش - حافظه سطح اول (کش L1)
حافظه نهان L1 یک حافظه پرسرعت با ظرفیت 8 تا 128 کیلوبایت است که اطلاعات از رم در آن کپی می شود. بلوک کش روی هسته پردازنده قرار دارد. با توجه به اینکه پردازش داده ها در حافظه نهان سریعتر از داده های RAM است، ذخیره دستورالعمل های اصلی در حافظه نهان به شما امکان می دهد عملکرد CPU را افزایش دهید. برای پردازنده های چند هسته ای، مقدار کش L1 برای یک هسته مشخص شده است.
اندازه کش L2 (کش L2)
حافظه نهان L2 یک حافظه پرسرعت است که برای اهداف مشابه حافظه نهان سطح اول طراحی شده است، اما ظرفیت آن بیشتر است - از 128 تا 12288 کیلوبایت. برای حل وظایف با منابع فشرده، پردازنده هایی با مقدار زیادی حافظه کش سطح دوم طراحی شده اند. CPU های چند هسته ای با مقدار کل حافظه نهان L2 مشخص می شوند.
اندازه کش L3 (کش L3)در محدوده 0 تا 16384 کیلوبایت است.
کش L3 یکپارچه و گذرگاه سیستم با هم کانالی با سرعت بالا برای تبادل داده با حافظه سیستم تشکیل می دهند. حافظه نهان L3 عمدتاً فقط به پردازنده هایی مجهز است که برای تکمیل یک رایانه سرور طراحی شده اند. کش L3 به خطوط پردازنده مانند Itanium 2، Intel Pentium 4 Extreme Edition، Xeon DP و غیره مجهز شده است.
سوکت- کانکتور برای نصب ریزپردازنده روی مادربرد. نوع سوکت توسط سازنده پردازنده و تعداد پین ها تعیین می شود. CPU های مختلف با انواع مختلف سوکت ها مطابقت دارند.
فرکانس ساعتپردازنده (MHz) - تعداد عملیات (چرخه) که پردازنده در هر ثانیه انجام می دهد. هر چه این رقم بالاتر باشد، پردازنده بازده بیشتری دارد. اما باید به خاطر داشت که این فقط برای CPU یک سازنده صادق است، زیرا علاوه بر فرکانس کلاک، پارامترهای زیر بر عملکرد ریزپردازنده تأثیر می‌گذارند: اندازه حافظه نهان L2، فرکانس کش L3 و غیره. فرکانس پردازنده متناسب است. به FSB (فرکانس اتوبوس).
فرکانس اتوبوس(Front Side Bus - FSB) فرکانس ساعتی است که در آن داده ها بین گذرگاه سیستم و پردازنده رد و بدل می شود.
گذرگاه داده- این مجموعه ای از خطوط سیگنال است که برای تبادل داده بین پردازنده و دستگاه های داخلی رایانه طراحی شده است.
اتلاف حرارت(انگلیسی TDP - توان طراحی حرارتی) - پارامتری که تعیین می کند چه مقدار توان باید به سیستم خنک کننده اختصاص داده شود تا از عملکرد طبیعی پردازنده اطمینان حاصل شود. مقادیر این پارامتر بین 10 تا 165 وات است. فقط مقایسه اتلاف گرما برای پردازنده های تولید کننده یکسان درست است، زیرا هر سازنده اتلاف گرما را متفاوت تعریف می کند.
پشتیبانی از فناوری مجازی سازی
با کمک عملکرد فناوری مجازی سازی، بارگذاری چندین سیستم عامل به طور همزمان بر روی یک رایانه امکان پذیر شد.
پشتیبانی از فناوری AMD64/EM64T
به لطف این فناوری، ریزپردازنده‌های با معماری 64 بیتی قادرند با برنامه‌های 32 بیتی و 64 بیتی به طور یکسان کار کنند. خطوط پردازنده با معماری 64 بیتی: AMD Athlon 64، AMD Opteron، Core 2 Duo، Intel Xeon 64 و دیگران. CPU هایی که از آدرس دهی 64 بیتی پشتیبانی می کنند، می توانند با بیش از 4 گیگابایت رم کار کنند که برای پردازنده های 32 بیتی در دسترس نیست. پیاده سازی پسوندهای 64 بیتی در پردازنده های AMD AMD64 و برای اینتل EM64T نامیده می شود.
حداکثر دمای کاری (از 54.8 تا 105 درجه سانتیگراد) حداکثر دمای مجاز پردازنده است که در آن عملکرد عادی امکان پذیر است. دمای کارکرد CPU به حجم کار و کیفیت خنک کننده آن بستگی دارد. در بار کم و اتلاف حرارت معمولی، دمای پردازنده 25-40 درجه سانتیگراد و در بار زیاد تا 60-70 درجه سانتیگراد است. پردازنده‌هایی با دمای عملیاتی بالا به سیستم‌های خنک‌کننده‌ای نیاز دارند که اتلاف گرمای کارآمد را فراهم می‌کنند.
ولتاژ هسته - شاخصی که ولتاژ هسته پردازنده مورد نیاز پردازنده را برای کار تعیین می کند. ولتاژ هسته بین 0.65 تا 165 وات است.
یکی از عوامل مهمی که باعث افزایش عملکرد پردازنده می شود، وجود حافظه کش یا بهتر است بگوییم حجم، سرعت دسترسی و توزیع آن بر اساس سطوح است.
برای مدت طولانی تقریباً تمام پردازنده ها به این نوع حافظه مجهز هستند که بار دیگر مفید بودن حضور آن را ثابت می کند. در این مقاله در مورد ساختار، سطوح و هدف عملی حافظه نهان به عنوان یک ویژگی بسیار مهم پردازنده صحبت خواهیم کرد.
حافظه کش چیست و ساختار آن
حافظه نهان یک حافظه بسیار سریع است که توسط پردازنده برای ذخیره موقت داده ها استفاده می شود که اغلب استفاده می شود. اینگونه می توان به طور خلاصه این نوع حافظه را توصیف کرد.
حافظه کش بر روی فلیپ فلاپ ها ساخته شده است که به نوبه خود از ترانزیستورها تشکیل شده است. گروهی از ترانزیستورها فضای بسیار بیشتری نسبت به همان خازن هایی که RAM را تشکیل می دهند اشغال می کنند. این مستلزم مشکلات زیادی در تولید و همچنین محدودیت در حجم است. به همین دلیل است که حافظه کش یک حافظه بسیار گران است، در حالی که حجم ناچیزی دارد. اما از چنین ساختاری، مزیت اصلی چنین حافظه ای به دنبال دارد - سرعت. از آنجایی که فلیپ فلاپ ها نیازی به بازسازی ندارند و زمان تاخیر دروازه ای که روی آن مونتاژ می شوند کم است، زمان تعویض فلیپ فلاپ از یک حالت به حالت دیگر بسیار سریع است. این به حافظه کش اجازه می دهد تا با فرکانس های مشابه پردازنده های مدرن کار کند.
همچنین، یک عامل مهم، محل حافظه کش است. بر روی خود تراشه پردازنده قرار دارد که زمان دسترسی به آن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. پیش از این، حافظه نهان برخی از سطوح خارج از تراشه پردازنده، روی یک تراشه SRAM ویژه در جایی روی مادربرد قرار داشت. اکنون تقریباً در تمامی پردازنده ها، حافظه کش روی تراشه پردازنده قرار دارد.
حافظه پنهان CPU برای چه مواردی استفاده می شود؟
همانطور که در بالا ذکر شد، هدف اصلی حافظه کش ذخیره داده هایی است که اغلب توسط پردازنده استفاده می شود. کش یک بافر است که داده ها در آن بارگذاری می شوند و با وجود اندازه کوچک (حدود 4-16 مگابایت) در پردازنده های مدرن، عملکرد قابل توجهی را در هر برنامه ای افزایش می دهد.
برای درک بهتر نیاز به حافظه کش، سازماندهی حافظه یک کامپیوتر را به عنوان یک دفتر تصور کنیم. RAM یک کابینت با پوشه‌هایی خواهد بود که حسابدار به صورت دوره‌ای برای بازیابی بلوک‌های بزرگ داده (یعنی پوشه‌ها) به آن دسترسی دارد. و جدول حافظه کش خواهد بود.
عناصری هستند که روی میز حسابدار قرار می گیرند که در طول ساعت چندین بار به آنها مراجعه می کند. به عنوان مثال، می تواند شماره تلفن، چند نمونه از اسناد باشد. این نوع اطلاعات دقیقاً روی میز قرار دارند که به نوبه خود سرعت دسترسی به آنها را افزایش می دهد.
به همین ترتیب، داده ها را می توان از آن بلوک های داده بزرگ (پوشه ها)، به جدول، برای استفاده سریع، به عنوان مثال، از هر سند، اضافه کرد. هنگامی که این سند دیگر مورد نیاز نیست، دوباره در کابینت (در حافظه رم) قرار می گیرد، بنابراین جدول (کش) پاک می شود و این جدول برای اسناد جدیدی که در دوره بعدی استفاده خواهند شد آزاد می شود.
همچنین در مورد حافظه نهان، اگر اطلاعاتی وجود داشته باشد که احتمال دسترسی مجدد به آنها وجود دارد، این داده ها از RAM در حافظه نهان بارگذاری می شوند. اغلب، این اتفاق با بارگذاری مشترک داده‌هایی می‌افتد که به احتمال زیاد بعد از داده‌های فعلی استفاده می‌شوند. یعنی فرضیاتی در مورد آنچه که «بعد» استفاده خواهد شد وجود دارد. اینها اصول ساده عملیات هستند.
سطوح حافظه پنهان پردازنده
پردازنده های مدرن مجهز به کش هستند که اغلب از 2 یا 3 سطح تشکیل شده است. البته استثناهایی هم وجود دارد، اما اغلب چنین است.
به طور کلی، چنین سطوحی می تواند وجود داشته باشد: L1 (سطح اول)، L2 (سطح دوم)، L3 (سطح سوم). اکنون کمی بیشتر در مورد هر یک از آنها:
حافظه نهان سطح اول (L1) سریعترین سطح حافظه کش است که مستقیماً با هسته پردازنده کار می کند، به لطف این تعامل فشرده، این سطح کمترین زمان دسترسی را دارد و در فرکانس های نزدیک به پردازنده کار می کند. این یک بافر بین پردازنده و حافظه نهان سطح دوم است.
ما حجم ها را در پردازنده Intel Core i7-3770K با کارایی بالا در نظر خواهیم گرفت. این پردازنده مجهز به 4 x 32 KB L1 cache 4 x 32 KB = 128 KB می باشد. (32 کیلوبایت در هر هسته)
حافظه نهان سطح دوم (L2) - سطح دوم بزرگتر از سطح اول است، اما در نتیجه، "ویژگی های سرعت" کمتری دارد. بر این اساس، به عنوان یک بافر بین سطوح L1 و L3 عمل می کند. اگر دوباره به مثال Core i7-3770 K برگردیم، در اینجا مقدار حافظه نهان L2 4x256 کیلوبایت = 1 مگابایت است.
کش سطح 3 (L3) - سطح سوم، دوباره، کندتر از دو قبلی. اما هنوز هم بسیار سریعتر از RAM است. حافظه نهان L3 در i7-3770K 8 مگابایت است. اگر دو سطح قبلی به هر هسته تقسیم شوند، این سطح برای کل پردازنده مشترک است. نشانگر کاملاً ثابت است، اما نه به آسمان. از آنجایی که به عنوان مثال، پردازنده های سری Extreme مانند i7-3960X، 15 مگابایت است و برخی از پردازنده های جدید Xeon بیش از 20 دارند.
we-it.net
کش برای چیست و چقدر مورد نیاز است؟
این در مورد پول نقد نیست، بلکه در مورد حافظه کش پردازنده ها و نه تنها است. معامله گران از مقدار حافظه نهان، به ویژه با حافظه نهان پردازنده های مرکزی و هارد دیسک، یک فتیش تجاری دیگر ساخته اند (کارت های ویدیویی نیز دارای آن هستند - اما هنوز به آن نرسیده اند). بنابراین، یک پردازنده XXX با یک کش L2 1 مگابایتی و دقیقاً همان پردازنده XYZ با یک کش 2 مگابایتی وجود دارد. حدس بزنید کدام یک بهتر است؟ آه - فوراً این کار را نکن!
حافظه نهان بافری است که در آن چیزهایی که می‌توانند و/یا باید کنار گذاشته شوند، اضافه می‌شوند. پردازنده این کار را انجام می دهد و شرایط زمانی ایجاد می شود که داده های میانی باید در جایی ذخیره شوند. خوب، البته در حافظه پنهان! - از این گذشته ، دستورات قدر سریعتر از RAM ، tk است. در خود پردازنده قرار دارد و معمولاً در همان فرکانس کار می کند. و سپس، پس از مدتی، او این داده ها را پس گرفته و دوباره پردازش می کند. به طور تقریبی، مانند دسته سیب زمینی روی نوار نقاله که هر بار چیزی غیر از سیب زمینی (هویج) به آن می رسد، آن را داخل جعبه می اندازد. و وقتی پر شد، بلند می شود و آن را به اتاق بعدی می برد. در این لحظه نوار نقاله می ایستد و بیکار مشاهده می شود. حجم جعبه حافظه پنهان در این قیاس است. و چقدر نیاز دارید - 1 مگابایت یا 12؟ معلومه که اگه حجمش کم باشه بیرون آوردنش خیلی طول میکشه و ساده میشه ولی از یه مقدار زیاد شدن بیشترش چیزی نمیده. خوب، مرتب کننده جعبه ای برای 1000 کیلوگرم هویج خواهد داشت - بله، او در کل شیفت کاری از آن مقدار زیادی نخواهد داشت و این باعث نمی شود که او دو برابر سریعتر شود! یک نکته ظریف دیگر وجود دارد - یک کش بزرگ می تواند باعث افزایش تاخیرهای دسترسی شود، اولا، و در عین حال، احتمال خطا در آن افزایش می یابد، به عنوان مثال، در هنگام اورکلاک - ثانیا. (شما می توانید در مورد چگونگی تعیین پایداری / ناپایداری پردازنده در این مورد بخوانید و متوجه شوید که خطا دقیقاً در حافظه پنهان آن رخ می دهد، L1 و L2 را آزمایش کنید - می توانید اینجا بخوانید.) ثالثاً، حافظه پنهان منطقه مناسبی را مصرف می کند. کریستال و بودجه ترانزیستور مدار پردازنده. همین امر در مورد حافظه کش هارد دیسک نیز صدق می کند. و اگر معماری پردازنده قوی باشد، در بسیاری از برنامه ها به 1024 کیلوبایت کش یا بیشتر نیاز دارد. اگر یک هارد دیسک سریع دارید - 16 مگابایت یا حتی 32 مگابایت مناسب است. اما هیچ 64 مگابایتی کش نمی تواند آن را سریعتر کند اگر نسخه سبز (Green WD) با سرعت 5900 به جای 7200 مورد نیاز باشد، حتی اگر نسخه دوم 8 مگابایت داشته باشد. سپس پردازنده‌های اینتل و AMD از این کش استفاده متفاوتی می‌کنند (معمولا AMD کارآمدتر است و پردازنده‌های آنها اغلب با مقادیر کوچک‌تر راحت هستند). علاوه بر این، اینتل یک کش مشترک دارد، در حالی که AMD یک حافظه پنهان برای هر هسته دارد. سریعترین کش L1 در پردازنده های AMD 64 کیلوبایت برای داده ها و دستورالعمل ها است که دو برابر حافظه اینتل است. کش L3 معمولاً در پردازنده های برتر مانند AMD Phenom II 1055T X6 Socket AM3 2.8GHz یا رقیب Intel Core i7-980X وجود دارد. اول از همه، بازی ها حجم زیادی از کش را دوست دارند. و بسیاری از برنامه های حرفه ای کش را دوست ندارند (به پایین مراجعه کنید). کامپیوتر برای رندر، ویرایش ویدئو و برنامه های حرفه ای). به عبارت دقیق‌تر، مطالبه‌گرانه‌ترین آنها به طور کلی نسبت به آن بی‌تفاوت هستند. اما کاری که قطعا نباید انجام دهید این است که یک پردازنده را بر اساس اندازه کش انتخاب کنید. پنتیوم 4 قدیمی در آخرین تظاهرات خود حتی 2 مگابایت کش در فرکانس های کاری بسیار فراتر از 3 گیگاهرتز داشت - عملکرد آن را با یک Celeron E1 دو هسته ای ارزان قیمت مقایسه کنید که در فرکانس های حدود 2 گیگاهرتز کار می کند. از پیرمرد سنگ تمام نمی گذارد. نمونه جدیدتر E8600 دو هسته ای با فرکانس بالا است که تقریباً 200 دلار قیمت دارد (ظاهراً به دلیل حافظه نهان 6 مگابایتی) و Athlon II X4-620 2.6 گیگاهرتز که تنها 2 مگابایت دارد. این مانع از آن نمی‌شود که آتلون یک رقیب را برای یک مهره قصابی کند.
همانطور که از نمودارها می بینید، نه در برنامه های پیچیده و نه در بازی های نیازمند پردازنده، هیچ کش جایگزین هسته های اضافی نمی شود. Athlon با حافظه نهان 2 مگابایتی (قرمز) به راحتی از Cor2Duo با حافظه نهان 6 مگابایتی حتی با فرکانس کمتر و تقریباً نیمی از هزینه، بهتر عمل می کند. همچنین، بسیاری از مردم فراموش می کنند که حافظه پنهان در کارت های ویدئویی وجود دارد، زیرا، به طور کلی، آنها همچنین دارای پردازنده هستند. یک مثال جدید کارت گرافیک GTX460 است، که در آن نه تنها گذرگاه و مقدار حافظه (که خریدار حدس می‌زند) - بلکه حافظه پنهان سایه زن را نیز به ترتیب از 512 کیلوبایت تا 384 کیلوبایت (که خریدار حدس نمی‌زند) انجام می‌دهد. ). و این نیز سهم منفی خود را به عملکرد اضافه خواهد کرد. همچنین کشف وابستگی عملکرد به اندازه کش جالب خواهد بود. بیایید با استفاده از مثال همان پردازنده بررسی کنیم که با افزایش اندازه حافظه نهان چقدر سریع رشد می کند. همانطور که می دانید، پردازنده های سری E6***، E4*** و E2*** تنها در اندازه کش (به ترتیب 4، 2 و 1 مگابایت) با هم تفاوت دارند. در فرکانس مشابه 2400 مگاهرتز کار می کنند، نتایج زیر را نشان می دهند.
همانطور که می بینید، نتایج خیلی متفاوت نیست. من بیشتر می گویم - اگر پردازنده ای با ظرفیت 6 مگابایت در کار باشد - نتیجه کمی بیشتر می شود، زیرا. پردازنده ها به حد اشباع می رسند. اما برای مدل های با حجم 512 کیلوبایت، این افت محسوس خواهد بود. به عبارت دیگر 2 مگابایت حتی در بازی ها کافی است. به طور خلاصه، می توانیم نتیجه زیر را بگیریم - حافظه پنهان زمانی خوب است که قبلاً چیزهای دیگری وجود داشته باشد. این ساده لوحانه و احمقانه است که سرعت هارد دیسک یا تعداد هسته های پردازنده در هر اندازه کش را با همان هزینه تغییر دهید، زیرا حتی جادارترین جعبه مرتب سازی جایگزین مرتب کننده دیگری نمی شود. اما نمونه های خوبی وجود دارد. 1 مگابایت کش داشت. برای دو هسته (سری E2160 و موارد مشابه)، و نسخه جدید 45 نانومتری سری E5200 هنوز 2 مگابایت دارد، همه چیزهای دیگر برابر هستند (و مهمتر از همه، قیمت). البته ارزش انتخاب دومی را دارد.
compua.com.ua
کش چیست، چرا به آن نیاز است و چگونه کار می کند
کثیف ترین جای کامپیوتر کجاست؟ فکر می کنم سبد؟ پوشه های کاربر؟ سیستم خنک کننده؟ حدس نزد! کثیف ترین مکان، کش است! از این گذشته ، دائماً باید تمیز شود!
در واقع، کش های زیادی روی کامپیوتر وجود دارد و نه به عنوان زباله، بلکه به عنوان تسریع کننده تجهیزات و برنامه ها عمل می کنند. شهرت آنها به‌عنوان یک «چاله زباله سیستمی» از کجا می‌آید؟ بیایید ببینیم کش چیست، چگونه اتفاق می‌افتد، چگونه کار می‌کند و چرا باید هر از چند گاهی پاک شود.
حافظه نهان یا حافظه نهان ذخیره‌سازی ویژه‌ای از داده‌های پرکاربرد است که دسترسی به آن ده‌ها، صدها و هزاران بار سریعتر از RAM یا سایر رسانه‌های ذخیره‌سازی انجام می‌شود.
برنامه های کاربردی (مرورگرهای وب، پخش کننده های صوتی و تصویری، ویرایشگرهای پایگاه داده و غیره)، اجزای سیستم عامل (کش تصاویر کوچک، کش DNS) و سخت افزار (حافظه پنهان CPU L1-L3، فریم بافر گرافیکی) حافظه نهان مخصوص به خود را دارند. تراشه، بافرهای درایو) . این به روش های مختلف - نرم افزاری و سخت افزاری اجرا می شود.
- کش برنامه فقط یک پوشه یا فایل جداگانه است که به عنوان مثال، تصاویر، منوها، اسکریپت ها، محتوای چند رسانه ای و سایر محتوای سایت های بازدید شده دانلود می شود. این پوشه ای است که وقتی دوباره صفحه وب را باز می کنید، مرورگر ابتدا در آن غواصی می کند. جابجایی یک محتوا از فضای ذخیره‌سازی محلی سرعت بارگذاری آن را افزایش می‌دهد و ترافیک شبکه را کاهش می‌دهد.
- مخصوصاً در هارد دیسک کش یک تراشه RAM جداگانه با ظرفیت 1-256 مگابایت است که روی برد الکترونیکی قرار دارد. اطلاعات خوانده شده از لایه مغناطیسی و هنوز در RAM بارگذاری نشده است و همچنین داده هایی که سیستم عامل اغلب درخواست می کند را دریافت می کند.
- یک پردازنده مرکزی مدرن شامل 2-3 سطح اصلی حافظه نهان است (به آن حافظه خراش نیز می گویند) که به شکل ماژول های سخت افزاری روی همان تراشه قرار می گیرند. سریعترین و کوچکترین حجم (32-64 کیلوبایت) حافظه نهان سطح 1 (L1) است - با همان فرکانس پردازنده اجرا می شود. L2 از نظر سرعت و ظرفیت در موقعیت متوسط قرار دارد (از 128 کیلوبایت تا 12 مگابایت). و L3 کندترین و پرحجم ترین است (تا 40 مگابایت)، در برخی مدل ها وجود ندارد. سرعت L3 فقط نسبت به همتایان سریعتر خود پایین است، اما همچنین صدها برابر سریعتر از پربازده ترین رم است.
حافظه اسکرچ‌پد پردازنده برای ذخیره داده‌هایی که دائماً استفاده می‌شوند، پمپاژ شده از رم و دستورالعمل‌های کد ماشین استفاده می‌شود. هرچه بزرگتر باشد، پردازنده سریعتر است.
امروزه، سه سطح ذخیره سازی دیگر محدودیت نیست. با ظهور معماری Sandy Bridge، اینتل یک کش اضافی L0 (برای ذخیره ریزدستورالعمل های رمزگشایی شده) در محصولات خود پیاده سازی کرده است. و با کارایی بالا ترین CPU ها نیز یک کش سطح چهارم دارند که به شکل یک ریزمدار مجزا ساخته شده است.
از نظر شماتیک، تعامل سطوح حافظه نهان L0-L3 به این صورت است (به عنوان مثال، Intel Xeon):
زبان انسان در مورد نحوه عملکرد آن
برای درک نحوه عملکرد حافظه کش، شخصی را تصور کنید که پشت میز کار می کند. پوشه ها و اسنادی که او همیشه از آنها استفاده می کند روی میز (در حافظه پنهان) هستند. برای دسترسی به آنها، فقط دست خود را دراز کنید.
کاغذهایی که او کمتر به آنها نیاز دارد در نزدیکی قفسه ها (در RAM) ذخیره می شود. برای بدست آوردن آنها باید برخیزید و چند متر راه بروید. و آنچه که شخص در حال حاضر با آن کار نمی کند بایگانی شده است (در یک هارد دیسک ضبط شده است).
هرچه جدول گسترده تر باشد، اسناد بیشتری روی آن قرار می گیرد، به این معنی که کارمند می تواند به اطلاعات بیشتری دسترسی سریع داشته باشد (هرچه ظرفیت حافظه پنهان بیشتر باشد، برنامه یا دستگاه در تئوری سریعتر کار می کند).
گاهی اوقات او اشتباه می کند - او کاغذهایی را که حاوی اطلاعات نادرست است روی میز نگه می دارد و از آنها در کار خود استفاده می کند. در نتیجه، کیفیت کار او کاهش می یابد (خطاهای موجود در حافظه نهان منجر به شکست در عملکرد برنامه ها و تجهیزات می شود). برای اصلاح وضعیت، کارمند باید اسناد دارای خطا را دور بیندازد و موارد صحیح را در جای خود قرار دهد (حافظه کش را پاک کنید).
جدول دارای منطقه محدودی است (حافظه کش ظرفیت محدودی دارد). گاهی اوقات می توان آن را گسترش داد، به عنوان مثال، با جابجایی جدول دوم، و گاهی اوقات نمی تواند (در صورت ارائه چنین امکانی توسط برنامه، اندازه حافظه پنهان را می توان افزایش داد؛ حافظه پنهان سخت افزار را نمی توان تغییر داد، زیرا در سخت افزار پیاده سازی می شود) .
راه دیگر برای سرعت بخشیدن به دسترسی به اسناد بیشتر از آنچه جدول می تواند داشته باشد، یافتن دستیار است که کاغذ را از قفسه به کارگر ارائه می دهد (سیستم عامل می تواند مقداری از RAM استفاده نشده را به حافظه پنهان داده های دستگاه اختصاص دهد). اما باز هم کندتر از برداشتن آنها از روی میز است.
اسناد موجود باید با وظایف فعلی مرتبط باشند. این مسئولیت بر عهده خود کارمند است. باید مرتباً چیزها را در کاغذها مرتب کنید (جابجایی داده های نامربوط از حافظه نهان بر روی شانه های برنامه هایی که از آن استفاده می کنند می افتد؛ برخی از برنامه ها عملکرد پاکسازی خودکار کش را دارند).
اگر کارمندی فراموش کند که نظم در محل کار خود را حفظ کند و اسناد را به روز نگه دارد، می تواند برنامه تمیز کردن میز را برای خود ترسیم کند و از آن به عنوان یادآوری استفاده کند. در موارد شدید، این کار را به دستیار بسپارید (اگر برنامه‌ای که به حافظه کش وابسته است کندتر شده است یا اغلب داده‌های قدیمی را دانلود می‌کند، از ابزارهای زمان‌بندی‌شده تمیز کردن حافظه پنهان استفاده کنید یا این کار را به صورت دستی هر چند روز یک‌بار انجام دهید).
ما در واقع با "عملکردهای ذخیره" در همه جا مواجه می شویم. این خرید محصولات برای آینده است و اقدامات مختلفی که به صورت گذرا انجام می دهیم و ... در واقع این همه چیز است که ما را از هیاهوهای غیرضروری و حرکات غیر ضروری بدن نجات می دهد، زندگی را روان و کار را تسهیل می کند. کامپیوتر هم همین کار را می کند. در یک کلام، اگر کش نبود، صدها و هزاران بار کندتر کار می کرد. و ما آن را دوست نداریم.
f1comp.ru
کش، کش، پول نقد - حافظه. حافظه کش برای چیست؟ تاثیر اندازه و سرعت حافظه پنهان بر عملکرد
کش - حافظه (کش، کش، بافر - eng.) - در دستگاه های دیجیتال به عنوان یک کلیپ بورد با سرعت بالا استفاده می شود. حافظه کش را می توان در دستگاه های کامپیوتری مانند هارد دیسک، پردازنده ها، کارت های ویدئویی، کارت های شبکه، درایوهای سی دی و بسیاری دیگر یافت.
اصل عملکرد و معماری کش می تواند بسیار متفاوت باشد.
به عنوان مثال، حافظه پنهان می تواند به عنوان یک کلیپ بورد معمولی عمل کند. دستگاه داده ها را پردازش کرده و به یک بافر پرسرعت منتقل می کند، جایی که کنترلر داده ها را به رابط منتقل می کند. چنین حافظه پنهانی برای جلوگیری از خطاها، بررسی سخت افزار داده ها برای یکپارچگی، یا رمزگذاری سیگنال از دستگاه به سیگنال قابل فهم برای رابط، بدون تاخیر در نظر گرفته شده است. چنین سیستمی به عنوان مثال در درایوهای CD / DVD دیسک های فشرده استفاده می شود.
در یک مورد دیگر، کش می تواند برای ذخیره کدهای پرکاربرد و در نتیجه سرعت بخشیدن به پردازش داده ها استفاده شود. به این معنی که دستگاه نیازی به محاسبه مجدد یا جستجوی داده ها ندارد، که بسیار بیشتر از خواندن آن از حافظه پنهان طول می کشد. در این مورد، اندازه و سرعت کش نقش بسیار مهمی دارد.
این معماری بیشتر در هارد دیسک ها، SSD ها و واحدهای پردازش مرکزی (CPU) یافت می شود.
هنگامی که دستگاه‌ها در حال اجرا هستند، برنامه‌های سفت‌افزار یا توزیع‌کننده خاصی را می‌توان در حافظه پنهان بارگذاری کرد، که با ROM (حافظه فقط خواندنی) کندتر کار می‌کند.
اکثر دستگاه های مدرن از یک نوع مختلط کش استفاده می کنند که می تواند هم به عنوان کلیپ بورد و هم برای ذخیره کدهای پرکاربرد عمل کند.
چندین عملکرد بسیار مهم برای حافظه نهان پردازنده ها و تراشه های ویدئویی پیاده سازی شده است.
تجمیع واحدهای اجرایی. CPU ها و پردازنده های ویدئویی اغلب از یک حافظه پنهان مشترک سریع بین هسته ها استفاده می کنند. بر این اساس، اگر یک هسته اطلاعات را پردازش کند و در حافظه پنهان باشد و دستوری برای همان عملیات یا برای کار با این داده ها برسد، آنگاه داده ها دوباره توسط پردازنده پردازش نمی شوند، بلکه از حافظه پنهان گرفته می شوند. برای پردازش بیشتر هسته برای پردازش داده های دیگر بارگیری می شود. این به طور قابل توجهی عملکرد را در همان نوع، اما محاسبات پیچیده افزایش می دهد، به خصوص اگر حافظه پنهان بزرگ و سریع باشد.
حافظه پنهان مشترک همچنین به هسته ها اجازه می دهد تا مستقیماً با آن کار کنند و RAM کند را دور بزنند.
کش برای دستورالعمل ها. یا یک حافظه پنهان سطح اول بسیار سریع برای دستورالعمل ها و سایر عملیات وجود دارد، یا یک حافظه اختصاصی برای آنها. هر چه یک پردازنده دستورالعمل های تعبیه شده بیشتری داشته باشد، کش دستورالعمل های مورد نیاز آن بیشتر است. این امر تأخیر حافظه را کاهش می دهد و به بلوک دستورالعمل اجازه می دهد تقریباً مستقل عمل کند.
سایر عملکردها و ویژگی ها.
قابل ذکر است که در CPU ها (واحدهای پردازش مرکزی) از تصحیح خطای سخت افزاری (ECC) استفاده می شود، زیرا یک خطای کوچک در حافظه پنهان می تواند منجر به یک خطای مداوم در پردازش بیشتر این داده ها شود.
در CPU و GPU، سلسله مراتب حافظه کش وجود دارد که به شما امکان می دهد داده ها را برای هسته های جداگانه و هسته های عمومی جدا کنید. اگرچه تقریباً تمام داده‌های حافظه نهان سطح دوم هنوز در سطح عمومی سوم کپی می‌شوند، اما نه همیشه. اولین سطح حافظه پنهان سریعترین است و هر سطح بعدی کندتر، اما از نظر اندازه بزرگتر است.
برای پردازنده‌ها، سه سطح کش یا کمتر نرمال در نظر گرفته می‌شود. این به شما امکان می دهد بین سرعت، اندازه حافظه پنهان و اتلاف گرما تعادل برقرار کنید. یافتن بیش از دو سطح حافظه پنهان در پردازنده های ویدئویی دشوار است.
اندازه کش، تاثیر عملکرد و سایر ویژگی ها.
طبیعتاً هرچه حافظه پنهان بزرگتر باشد، داده های بیشتری را می تواند ذخیره و پردازش کند، اما یک مشکل جدی در اینجا وجود دارد.
حافظه نهان بزرگ به معنای بودجه بزرگ ترانزیستور است. در پردازنده های سرور (CPU)، حافظه نهان می تواند تا 80 درصد از بودجه ترانزیستور را استفاده کند. اولاً این روی هزینه نهایی تأثیر می گذارد و ثانیاً مصرف برق و اتلاف گرما افزایش می یابد که با عملکرد چند درصد افزایش یافته قابل مقایسه نیست.
اولین پردازنده ای که با کش L2 تولید شد پنتیوم پرو در سال 1995 بود. 256 یا 512 کیلوبایت حافظه نهان L2 روی تراشه داشت که به آن برتری قابل توجهی نسبت به پردازنده‌های پنتیوم معمولی که کش روی مادربرد قرار داشتند، می‌داد. با ظهور Pentium II در ماژول Slot 1، حافظه پنهان اختصاصی در کنار پردازنده قرار گرفت. اما تنها در نسل دوم پنتیوم III برای سوکت 370، حافظه کش به تراشه پردازنده منتقل شد. این امر تا به امروز ادامه دارد، اما پردازنده هایی با مقدار کمی حافظه پنهان وجود دارد و تعداد زیادی نیز وجود دارد. آیا باید برای مدلی با حافظه پنهان بزرگ پول خرج کنم؟ در گذشته، حافظه نهان اضافی همیشه تأثیر قابل توجهی بر عملکرد نداشته است.
در حالی که همیشه می‌توان تفاوت‌های قابل اندازه‌گیری بین دو پردازنده با اندازه‌های کش مختلف پیدا کرد، خرید پردازنده‌هایی با حافظه پنهان کوچک‌تر برای صرفه‌جویی در هزینه کاملاً ممکن بود. اما قبل از معرفی Core 2 Duo هیچ پردازنده ای با سه گزینه کش مختلف در دسترس نبود.
پنتیوم 4 در نسل اول خود (Willamette، 180 نانومتر) به 256 کیلوبایت حافظه کش مجهز بود، و در نسل دوم موفق تر (Northwood، 130 نانومتر) - در حال حاضر 512 کیلوبایت حافظه پنهان. در آن زمان، پردازنده‌های سلرون ارزان‌قیمت با حافظه پنهان کوچک‌تر روی همان هسته‌های محاسباتی تولید می‌شدند. سلرون ها متعلق به نسل اول محصولات با پایه فناوری یکسان برای مدل های رده بالا و پایین هستند و تنها در اندازه کش موجود و فرکانس های FSB/core متفاوت هستند. بعداً، تفاوتی در کارکردها اضافه شد تا بخش‌های بازار به‌طور محسوسی از هم جدا شوند.
با انتشار هسته 90 نانومتری Prescott، حافظه نهان L2 به 1 مگابایت افزایش یافت و تا زمان معرفی 2 مگابایتی 65 نانومتری Cedar Mill به عنوان پایه اصلی خط پردازنده های دسکتاپ اینتل تبدیل شد. اینتل حتی از دو هسته از این هسته‌ها برای ساخت نسل دوم پردازنده‌های Pentium D 900 استفاده کرد. با این حال، سرعت ساعت بیشتر و حافظه نهان بیشتر حتی در آن زمان نیز معنی چندانی نداشت. امروز وضعیت تغییر کرده است: عملکرد بهتر Core 2 Duo (Conroe، 65 نانومتر) و مصرف انرژی کمتر مدیون اندازه حافظه پنهان است.
AMD در مورد افزایش اندازه کش بسیار محتاط بوده است. به احتمال زیاد، این به دلیل ناحیه دای (بودجه ترانزیستور) است، زیرا تعداد پردازنده های 65 نانومتری نمی تواند تقاضای بازار را برآورده کند و برای مدل های 90 نانومتری کم سود، این موضوع حادتر است. از سوی دیگر، اینتل از مزیت تولید تمامی پردازنده‌های اصلی بر روی فرآیند 65 نانومتری برخوردار است و ظرفیت حافظه نهان L2 همچنان رو به رشد خواهد بود. به عنوان مثال، نسل بعدی Core 2 در هسته 45 نانومتری Penryn دارای حداکثر 6 مگابایت حافظه نهان L2 خواهد بود. آیا می توان این را به عنوان یک حرکت بازاریابی تلقی کرد یا اینکه افزایش ظرفیت L2 واقعاً باعث افزایش عملکرد خواهد شد؟ بیایید نگاهی بیندازیم.
حافظه پنهان L2 بزرگ: بازاریابی یا رشد عملکرد؟
حافظه پنهان پردازنده نقش بسیار خاصی را ایفا می کند: آنها تعداد دسترسی های حافظه را با بافر کردن داده هایی که اغلب به آنها دسترسی دارند کاهش می دهند. امروزه ظرفیت رم از 512 مگابایت تا 4 گیگابایت و اندازه کش - از 256 کیلوبایت تا 8 مگابایت بسته به مدل است. با این حال، حتی یک حافظه نهان کوچک 256 یا 512 کیلوبایتی برای ارائه عملکرد بالایی که امروزه بدیهی است، کافی است.
روش های مختلفی برای سازماندهی سلسله مراتب کش وجود دارد. اکثر رایانه های مدرن دارای پردازنده هایی با حافظه نهان سطح اول کوچک (L1، تا 128 کیلوبایت) هستند که معمولاً به کش داده و کش دستورالعمل تقسیم می شود. کش L2 بزرگتر معمولاً برای ذخیره سازی داده ها استفاده می شود و بین دو هسته پردازنده Core 2 Duo به اشتراک گذاشته می شود، اگرچه Athlon 64 X2 یا Pentium D دارای حافظه پنهان در هر هسته جداگانه است. کش L2 می تواند انحصاری یا فراگیر باشد، به این معنی که می تواند یک کپی از محتویات کش L1 را نگه دارد یا خیر. AMD به زودی پردازنده هایی را با سطح سوم کش معرفی می کند که در پردازنده های AMD Phenom توسط چهار هسته مشترک استفاده می شود. برای معماری Nehalem که اینتل در سال 2008 برای جایگزینی Core 2 فعلی معرفی خواهد کرد، همین مورد انتظار می رود.
کش L1 همیشه بخشی از پردازنده بوده است، اما در ابتدا حافظه نهان L2 بر روی مادربردها نصب می شد، همانطور که در مورد بسیاری از کامپیوترهای 486DX و Pentium وجود داشت. برای حافظه نهان سطح اول، از تراشه های حافظه استاتیک ساده (SRAM، Static RAM) استفاده شد. به زودی با کش های پشت سر هم خط لوله در پردازنده های پنتیوم جایگزین شدند تا اینکه کش روی تراشه در دسترس قرار گرفت. پنتیوم پرو با فرکانس 150 تا 200 مگاهرتز به اولین پردازنده ای تبدیل شد که حاوی 256 کیلوبایت حافظه نهان L2 بر روی یک تراشه بود و رکورد بزرگترین بسته سرامیکی دسکتاپ و ایستگاه کاری را شکست. پنتیوم III برای سوکت 370 که در فرکانس‌های 500 مگاهرتز تا 1.13 گیگاهرتز کار می‌کرد، اولین پردازنده‌ای بود که دارای 256 کیلوبایت حافظه نهان L2 روی تراشه بود، که مزیت تاخیر کمتری داشت زیرا حافظه نهان با سرعت CPU کار می‌کرد.
حافظه نهان L2 داخلی تقریباً در هر برنامه ای عملکرد قابل توجهی را افزایش می دهد. افزایش عملکرد به قدری قابل توجه بوده است که معرفی کش یکپارچه L2 را می توان مهمترین عامل عملکرد پردازنده های x86 نامید. غیرفعال کردن حافظه نهان L2 عملکرد را بیشتر از غیرفعال کردن هسته دوم در یک پردازنده دو هسته ای کاهش می دهد.
با این حال، حافظه نهان بر عملکرد بیش از عملکرد تأثیر می گذارد. این به ابزار قدرتمندی تبدیل شده است که به شما امکان می‌دهد مدل‌های مختلفی از پردازنده‌ها را برای بخش‌های پایین‌رده، جریان اصلی و سطح بالا ایجاد کنید، زیرا سازنده می‌تواند پردازنده‌ها را به‌طور انعطاف‌پذیری با رد کردن و سرعت کلاک انتخاب کند. اگر هیچ نقصی روی تراشه وجود نداشته باشد، می توانید کل کش L2 را روشن کنید و فرکانس ها بالا هستند. اگر فرکانس‌های ساعت مورد نظر را نتوان بدست آورد، کریستال می‌تواند به یک مدل سطح پایه در خط پیشرفته تبدیل شود، به عنوان مثال Core 2 Duo 6000 با 4 مگابایت حافظه نهان و فرکانس‌های پایین. اگر نقصی در حافظه نهان L2 وجود داشته باشد، سازنده این فرصت را دارد که بخشی از آن را غیرفعال کند و یک مدل سطح ورودی با مقدار کمتری حافظه پنهان ایجاد کند، به عنوان مثال Core 2 Duo E4000 با 2 مگابایت حافظه نهان L2 یا حتی پنتیوم. دو هسته ای با تنها 1 مگابایت کش. همه اینها درست است، اما سوال اینجاست: تفاوت در اندازه حافظه نهان چقدر بر عملکرد تأثیر می گذارد؟
گزینه های Core 2 Duo
اینتل طیف گسترده ای از پردازنده های دسکتاپ را وارد بازار کرده است. امروزه هنوز هم می توانید Pentium 4 و Pentium D را پیدا کنید، اما اکثر مدل ها بر اساس معماری ریز Core ساخته شده اند. ما پردازنده‌های Pentium 4 یا Pentium D را توصیه نمی‌کنیم، اگرچه سرعت کلاک آنها تا 3.8 گیگاهرتز ممکن است جذاب به نظر برسد. اما هر پردازنده Core 2 با فرکانس 2.2 گیگاهرتز و بالاتر می تواند حتی سریع ترین مدل های Pentium D (در واقع مانند Athlon 64 X2) را شکست دهد، زیرا Core 2 می دهد. عملکرد بسیار بهتر در هر ساعت .
با سرعت کلاک پایین تر، پردازنده های Core 2 کارآمدتر هستند. در حالی که مدل های برتر Pentium D 800 تا 130 وات قدرت مصرف می کنند، تنها Core 2 Extreme با چهار هسته بر آستانه 100 وات غلبه می کند. تمام پردازنده های دو هسته ای بیش از 65 وات مصرف نمی کنند. علاوه بر این، مصرف انرژی بیکار پردازنده‌های Core 2 Duo حتی پایین‌تر است، زیرا فرکانس کاری بیکار کمتر است (حداکثر 1.2 گیگاهرتز برای Core 2 Duo/Quad در مقابل 2.8 گیگاهرتز برای Pentium D/4). کاهش مصرف برق تحت تأثیر طراحی ترانزیستور بهبود یافته با کاهش جریان نشتی بود.
مدل‌های E و X امروزه در دسترس هستند، مدل‌های E برای بازار انبوه هستند، در حالی که X در کلاس Extreme Edition هستند. Q مخفف چهار هسته است که اینتل با قرار دادن دو قالب دو هسته ای در یک بسته فیزیکی آن ها را ایجاد می کند. پردازنده های E6000 به 4 مگابایت حافظه کش L2 مجهز هستند اگر شماره مدل آنها بالاتر از E6400 باشد یا با 20 ختم شود (مثلا E6320). مدل هایی که به 00 ختم می شوند (مثلا E6600) با FSB 266 مگاهرتز (FSB1066) و مدل هایی که به 50 ختم می شوند (E6750) با FSB 333 مگاهرتز (FSB1333) کار می کنند. دومی به چیپست P35 یا X38 نیاز دارد و عملکرد کمی بهتر ارائه می دهد. E4000 با یک FSB 200 مگاهرتز (FSB800) کار می کند و تنها 2 مگابایت حافظه نهان L2 دارد. نسخه های با 1 مگابایت حافظه نهان با نام های Pentium Dual Core E2140، E2160 و E2180 با فرکانس های 1.6 تا 2.0 گیگاهرتز فروخته می شوند. به غیر از نام و برخی از ویژگی هایی که اینتل از پردازنده های ارزان قیمت حذف می کند، پنتیوم دو هسته ای ذکر شده مشابه Core 2 Duo هستند.
| مشخصات پردازنده Core 2 Duo | |||||
| شماره پردازنده 65 نانومتری | حافظه پنهان | فرکانس ساعت | FSB | فناوری مجازی سازی | فناوری اجرای مورد اعتماد |
| E6850 | 4 مگابایت L2 | 3 گیگاهرتز | 333 مگاهرتز | ایکس | ایکس |
| E6750 | 4 مگابایت L2 | 2.66 گیگاهرتز | 333 مگاهرتز | ایکس | ایکس |
| E6700 | 4 مگابایت L2 | 2.66 گیگاهرتز | 266 مگاهرتز | ایکس | |
| E6600 | 4 مگابایت L2 | 2.40 گیگاهرتز | 266 مگاهرتز | ایکس | |
| E6550 | 4 مگابایت L2 | 2.33 گیگاهرتز | 333 مگاهرتز | ایکس | ایکس |
| E6540 | 4 مگابایت L2 | 2.33 گیگاهرتز | 333 مگاهرتز | ایکس | |
| E6420 | 4 مگابایت L2 | 2.13 گیگاهرتز | 266 مگاهرتز | ایکس | |
| E6400 | 2 مگابایت L2 | 2.13 گیگاهرتز | 266 مگاهرتز | ایکس | |
| E6320 | 4 مگابایت L2 | 1.86 گیگاهرتز | 266 مگاهرتز | ایکس | |
| E6300 | 2 مگابایت L2 | 1.86 گیگاهرتز | 266 مگاهرتز | ایکس | |
| E4600 | 2 مگابایت L2 | 2.40 گیگاهرتز | 200 مگاهرتز | ||
| E4500 | 2 مگابایت L2 | 2.20 گیگاهرتز | 200 مگاهرتز | ||
| E4400 | 2 مگابایت L2 | 2 گیگاهرتز | 200 مگاهرتز | ||
| E4300 | 2 مگابایت L2 | 1.80 گیگاهرتز | 200 مگاهرتز | ||
| سکو | |
| CPU I | Intel Pentium Dual Core E2160 (65 نانومتر؛ 1800 مگاهرتز، 1 مگابایت حافظه نهان L2) در 2.4 گیگاهرتز (266 مگاهرتز x9) |
| CPU II | Intel Core 2 Duo E4400 (65 نانومتر؛ 2000 مگاهرتز، 2 مگابایت کش L2) در 2.4 گیگاهرتز (266 مگاهرتز x9) |
| CPU III | Intel Core 2 Duo X6800 (65 نانومتر؛ 3000 مگاهرتز، 4 مگابایت کش L2) در 2.4 گیگاهرتز (266 مگاهرتز x9) |
| مادربرد | ASUS Blitz Formula، Rev: 1.0 |
| چیپست: Intel P35، BIOS 1101 | |
| حافظه | Corsair CM2X1024-888C4D، 2x 1024MB DDR2-800 (CL 4-4-4-12 2T) |
| HDD | Western Digital Raptor WD1500ADFD، 150 گیگابایت، 10000 دور در دقیقه، 16 مگابایت کش، SATA/150 |
| DVD-ROM | سامسونگ SH-S183 |
| کارت گرافیک | Zotac GeForce 8800 GTS، GPU: GeForce 8800 GTS (500 MHz)، حافظه: 320 MB GDDR3 (1600 MHz) |
| کارت صدا | ساخته شده است |
| منبع تغذیه | Enermax EG565P-VE، ATX 2.01، 510W |
| نرم افزار و درایورهای سیستم | |
| سیستم عامل | Windows XP Professional 5.10.2600 Service Pack 2 |
| نسخه DirectX | 9.0c (4.09.0000.0904) |
| درایورهای پلتفرم اینتل | نسخه 8.3.1013 |
| درایور گرافیک nVidia | Forceware 162.18 |
تست ها و تنظیمات
| بازی های سه بعدی | |
| ندای وظیفه 2 | نسخه: 1.3 حالت ویدئو: 1280x960 Anti Aliasing: خاموش کارت گرافیک: متوسط نسخه ی نمایشی Time2 |
| طعمه | نسخه: 1.3 حالت ویدئو: 1280x1024 کیفیت ویدیو: پیش فرض بازی vsync=خاموش معیار: نسخه ی نمایشی THG |
| زلزله 4 | نسخه: 1.2 (پچ دو هسته ای) حالت ویدئو: 1280x1024 کیفیت ویدیو: بالا THG Timedemo waste.map timedemo demo8.demo 1 (1 = بارگذاری بافت) |
| سمعی | |
| MP3 لنگ | نسخه 3.98 بتا 5 سی دی صوتی "Terminator II SE"، 53 دقیقه موج به mp3 160 کیلوبیت بر ثانیه |
| ویدئو | |
| TMPEG 3.0 Express | نسخه: 3.0.4.24 (بدون صدا) Fist 5 Minutes DVD Terminator 2 SE (704x576) 16:9 Multithreading با رندرینگ |
| DivX 6.7 | نسخه: 6.6 (4 پردازنده منطقی) نمایه: نمایه با کیفیت بالا 1 پاس، 3000 کیلوبیت بر ثانیه حالت رمزگذاری: کیفیت دیوانه کننده چند رشته ای پیشرفته بی صدا |
| Xvid 1.1.3 | نسخه: 1.1.3 کوانتایزر هدف: 1.00 |
| مفهوم اصلی H.264 v2 | نسخه 2.1 منبع MPEG-2 260 مگابایت (1920x1080) 16:9 کدک: H.264 حالت: NTSC صدا: AAC مشخصات: بالا جریان: برنامه |
| برنامه های کاربردی | |
| WinRAR | نسخه 3.70 (303 مگابایت، 47 فایل، 2 پوشه) فشرده سازی = بهترین دیکشنری = 4096 کیلوبایت |
| Autodesk 3D Studio Max | نسخه: 8.0 شخصیت های "Dragon_Charater_rig" رندر HTDV 1920x1080 |
| نیمکت سینما | نسخه: R10 1 CPU، x اجرا CPU |
| PCMark05Pro | نسخه: 1.2.0 تست های CPU و حافظه Windows Media Player 10.00.00.3646 Windows Media Encoder 9.00.00.2980 |
نتیجه
اگر مقدار حافظه کش تأثیر محدودی بر روی آزمایش های مصنوعی مانند PCMark05 داشته باشد، تفاوت در عملکرد اکثر برنامه های واقعی بسیار قابل توجه است. در ابتدا، این شگفت‌انگیز به نظر می‌رسد، زیرا تجربه می‌گوید که آزمایش‌های مصنوعی هستند که ملموس‌ترین تفاوت عملکرد را نشان می‌دهند، که تأثیر کمی بر برنامه‌های کاربردی واقعی دارد.
پاسخ ساده است: اندازه حافظه نهان برای پردازنده های مدرن با معماری میکرو Core 2 Duo بسیار مهم است. ما از 4 مگابایت Core 2 Extreme X6800، 2MB Core 2 Duo E4400 و Pentium Dual Core E2160 استفاده کردیم که یک پردازنده Core 2 Duo با تنها 1MB حافظه کش L2 است. همه پردازنده ها روی یک FSB 266 مگاهرتز کار می کردند و در 9 برابر ضرب می شوند تا به 2400 مگاهرتز می رسند. تنها تفاوت در اندازه کش است، زیرا تمام پردازنده های دو هسته ای مدرن، به استثنای پنتیوم D قدیمی، از یک قالب ساخته شده اند. هسته چه خواهد شد، Core 2 Extreme Edition یا Pentium Dual Core، با بازده تراشه های مناسب (نقص) یا تقاضای بازار تعیین می شود.
اگر نتایج تیراندازی های سه بعدی Prey و Quake 4 را که برنامه های معمولی بازی هستند، مقایسه کنید، تفاوت عملکرد بین 1 مگابایت و 4 مگابایت در فرکانس حدود یک مرحله است. همین امر در مورد تست های رمزگذاری ویدیو برای کدک های DivX 6.6 و XviD 1.1.2 و همچنین بایگانی WinRAR 3.7 صدق می کند. با این حال، برنامه های فشرده CPU مانند 3DStudio Max 8، Lame MP3 Encoder یا MainConcept's H.264 Encoder V2 از اندازه کش بزرگتر بهره نمی برند.
با این حال، رویکرد اینتل، یعنی استفاده از کل بودجه موجود ترانزیستورها، که در طول انتقال از فناوری فرآیند 65 نانومتری به 45 نانومتر افزایش یافته است، اهمیت خاصی برای ریزمعماری Core 2 Duo دارد. حافظه نهان L2 در این پردازنده ها بسیار کارآمد عمل می کند، به خصوص با توجه به اینکه بین دو هسته مشترک است. بنابراین، کش نفوذ فرکانس های مختلف حافظه را کاهش می دهد و از ایجاد گلوگاه در قالب FSB جلوگیری می کند. و این کار را به خوبی انجام می دهد، زیرا آزمایشات به وضوح نشان می دهد که عملکرد یک پردازنده با یک مگابایت حافظه کش بالا نیست.
از این منظر، افزایش اندازه حافظه نهان L2 از 4 مگابایت به حداکثر 6 مگابایت برای پردازنده های 45 نانومتری دو هسته ای Penryn (خط Core 2 Duo E8000) منطقی است. کاهش فناوری پردازش از 65 نانومتر به 45 نانومتر به اینتل اجازه می دهد تا بودجه ترانزیستور را افزایش دهد و با توجه به افزایش اندازه حافظه نهان، ما دوباره به افزایش عملکرد خواهیم رسید. با این حال، اینتل از گزینه های مختلف پردازنده با 6، 4، 2 یا حتی 1 مگابایت حافظه نهان L2 بهره خواهد برد. با گزینه‌های متعدد، اینتل می‌تواند از قالب‌های بیشتری در هر ویفر استفاده کند، علی‌رغم وجود نقص‌های تصادفی که در غیر این صورت منجر به ختم قالب در سطل زباله می‌شود. همانطور که می بینیم، اندازه کش بزرگ نه تنها برای عملکرد، بلکه برای سود اینتل نیز مهم است.
