CPU Cache hoạt động như thế nào? L1, L2 và L3 Cache là gì?

Bộ vi giải quyết máy tính đã tiến bộ khá nhiều trong các năm gần đây. Các bóng bán dẫn ngày càng nhỏ hơn qua hằng năm và những tiến bộ đạt đến điểm mà định luật Moore đang trở nên thừa thãi.

Khi nói đến bộ vi xử lý, điều quan trọng chẳng những là số lượng các bóng bán dẫn và tần số mà còn là cache (bộ nhớ đệm). Bạn có thể đã nghe nói về cache memory (bộ nhớ cache) khi CPU (Đơn vị giải quyết trung tâm) được thảo luận. Vậy chuẩn xác thì CPU cache quan trọng như thế nào và nó hoạt động ra sao?

CPU memory cache là gì?

Nói một cách đơn giản, CPU memory cache chỉ là một loại bộ nhớ thực sự nhanh. Trong những ngày đầu của máy tính, vận tốc bộ giải quyết và vận tốc bộ nhớ rất thấp. Tuy nhiên, trong số năm 1980, vận tốc bộ giải quyết bắt đầu tăng lên nhanh chóng. Bộ nhớ hệ thống vào thời điểm đó (RAM) chẳng thể bắt kịp hoặc thích hợp với tốc độ CPU ngày càng tăng, và do đó, một loại bộ nhớ cực nhanh mới đã ra đời: CPU memory cache.

Bây giờ, máy tính của bạn có nhiều loại bộ nhớ bên trong nó. Có bộ lưu giữ chính, như ổ cứng hoặc SSD, lưu giữ phần lớn dữ liệu – hệ điều hành và các chương trình.

Tiếp theo, chúng ta có Random Access Memory, thường được coi là RAM. Bộ nhớ này nhanh hơn nhiều so với bộ nhớ chính nhưng chỉ là phương tiện lưu giữ ngắn hạn. Máy tính và các chương trình trên đó sử dụng RAM để lưu trữ dữ liệu được truy cập thường xuyên, giúp cho những thao tác trên máy tính xảy ra tốt đẹp và nhanh chóng.

Cuối cùng, CPU còn có những cửa hàng bộ nhớ nhanh hơn bên trong chính nó, được xem là CPU memory cache.

Bộ nhớ máy tính có hệ thống phân cấp dựa trên tốc độ hoạt động của nó. CPU cache đứng đầu trong hệ thống phân cấp này và là bộ nhớ nhanh nhất. Nó cũng chính là nơi gần nhất với nơi qui trình xử lý đơn vị diễn ra, phần nào của chính CPU.

Bộ nhớ máy tính cũng có thể có nhiều loại khác nhau. Bộ nhớ cache là một dạng của RAM tĩnh (SRAM), trong lúc RAM hệ thống thông thường của bạn được xem là RAM động (DRAM). RAM tĩnh có thể chứa dữ liệu mà chẳng càng phải refresh liên tục, không như DRAM, điều đó làm cho SRAM trở nên lý tưởng cho bộ nhớ cache.

CPU Cache hoạt động như ra sao?

Các chương trình và ứng dụng trên máy tính được thiết kế dưới dạng một tập hợp những hướng dẫn mà CPU diễn giải và chạy. Khi bạn chạy một chương trình, các hướng dẫn sẽ đi từ bộ nhớ chính (ổ cứng) đến CPU. Đây là lúc hệ thống phân cấp bộ nhớ phát huy tác dụng.

Đầu tiên, dữ liệu được load vào RAM và sau đó được gửi đến CPU. Những CPU ngày nay có khả năng thi hành một con số lớn các lệnh mỗi giây. Để tận dụng hết sức mạnh của nó, CPU cần truy cập vào bộ nhớ siêu nhanh, đó là chỗ CPU cache xuất hiện.

Trình điều khiển bộ nhớ lấy dữ liệu từ RAM và gửi nó đến bộ nhớ cache của CPU. Tùy thuộc vào CPU của bạn, trình điều khiển được tìm thấy trên CPU hoặc Northbridge chipset (chipset cầu bắc) được tìm thấy trên bo mạch chủ.

Bộ nhớ cache sau đó thực hiện việc chuyển đổi dữ liệu qua lại bên trong CPU. Hệ thống phân cấp bộ nhớ cũng tồn tại trong bộ nhớ cache của CPU.

• Những yếu tố nào ảnh hưởng đến công suất của CPU?

Các cấp độ CPU cache memory: L1, L2 và L3

CPU cache memory được chia làm 3 “cấp độ”: L1, L2 và L3. Hệ thống phân cấp bộ nhớ lại theo tốc độ và do đó, lệ thuộc vào kích thước của cục nhớ cache.

Vậy kích thước CPU cache có tạo ra sự khác biệt cho năng suất không?

L1 Cache

L1 Cache là bộ nhớ kịp thời nhất hiện có trong hệ thống máy tính. Về chừng độ ưu ái quyền truy cập, L1 Cache nắm giữ dữ liệu mà CPU có nhiều khả năng cần trong lúc hoàn thành một tác vụ nhất định.

Kích thước của L1 Cache lệ thuộc vào CPU. Một số CPU tiêu dùng hàng đầu hiện giờ có L1 Cache 1MB, như Intel i9-9980XE, nhưng chúng tiêu hao rất không ít tiền và con số tùy chọn vẫn còn rất ít. Một số server chipset, như dòng Xeon của Intel, cũng có thể có bộ nhớ cache L1 1 – 2MB.

Không có kích thước L1 Cache “tiêu chuẩn”, vì vậy bạn phải kiểm tra thông số kỹ thuật của CPU để xác định kích thước bộ nhớ cache L1 chuẩn xác trước lúc mua.

L1 Cache thường được chia làm hai phần: Cache chỉ dẫn và cache dữ liệu. Cache hướng dẫn xử lý thông tin về hoạt động mà CPU phải thực hiện, trong lúc đấy cache dữ liệu lưu trữ dữ liệu mà hoạt động sẽ có thực hiện.

L2 Cache

L2 Cache chậm hơn L1 Cache nhưng kích cỡ lớn hơn. Trong đó L1 Cache cũng đều có thể đo bằng kilobyte, còn L2 Cache hiện đại được đo bằng megabyte. Ví dụ, Ryzen 5 5600X được đánh giá cao của AMD có L1 Cache 384KB và L2 Cache 3MB (cộng với L3 Cache 32MB).

Kích thước L2 Cache thay đổi tùy thuộc vào CPU, nhưng kích thước của nó thường từ 256KB đến 8MB. Hầu hết các CPU hiện đại sẽ nắm giữ L2 Cache nhiều hơn 256KB và kích cỡ này hiện được cho là nhỏ. Hơn nữa, một số CPU hiện đại hùng mạnh nhất có bộ nhớ cache L2 lớn hơn, vượt quá mức 8MB.

Khi nói về tốc độ, L2 Cache thua L1 Cache nhưng vẫn mau hơn hẳn so với RAM hệ thống. Bộ nhớ cache L1 thường mau hơn 100 lần so với RAM, trong lúc L2 Cache nhanh hơn khoảng 25 lần.

L3 Cache

Trong những ngày đầu, bộ nhớ cache L3 thực thụ được tìm thấy trên bo mạch chủ. Điều này đã xảy ra rất lâu trước đây, khi hầu hết các CPU chỉ là bộ vi xử lý lõi đơn. Giờ đây, L3 Cache trong CPU cũng có thể có thể rất lớn, với các CPU tiêu dùng hàng đầu có L3 Cache lên đến 32MB. Một số CPU L3 Cache của server có thể vượt quá mức này, với dung lượng lên đến 64MB.

L3 Cache là bộ nhớ cache lớn số 1 nhưng cũng chậm nhất. Các CPU hiện đại cho dù là L3 Cache trên chính CPU. Nhưng trong lúc L1 và L2 Cache hiện hữu cho từng lõi trên chính con chip, L3 Cache giống với một nhóm bộ nhớ chung mà toàn bộ chip cũng đều có thể sử dụng.

Hình ảnh sau đây cho thấy các mức bộ nhớ CPU cache cho CPU Intel Core i5-3570K:

Lưu ý cách L1 Cache được chia làm hai, khi đang L2 và L3 tương ứng lớn hơn.

CPU Cache,CPU Cache là gì,CPU Cache hoạt động như thế nào,L1 cache là gì,L2 cache là gì,L3 cache là gì,CPU memory cache

Nội dung CPU Cache hoạt động như thế nào? L1, L2 và L3 Cache là gì? được tổng hợp sưu tầm biên tập bởi: Tin Học Trường Tín. Mọi ý kiến vui lòng gửi Liên Hệ cho truongtin.top để điều chỉnh. truongtin.top tks.