Vad är en CPU-cache? (med bilder)

CPU-cache för central bearbetningsenhet är en typ av RAM-minne (random access) (RAM) som är inbyggd direkt i en dators mikroprocessor och betecknas L1-cache. En annan variation av CPU-cache är LAM statiska RAM-chip (SRAM) med begränsad kapacitet på moderkortet. Båda dessa typer av minne är de första som åtkomst av mikroprocessorn vid utförande av rutininstruktioner innan standard RAM-minne används, och detta ger processorer förbättrade prestandaegenskaper.

Övningen av att placera CPU-cacheminne på mikroprocessorer för omedelbar åtkomst till minne för att påskynda datatillträde för processorn har gjorts sedan skapandet av 80486 datorprocessor tillverkad 1989, som hade ett rudimentärt L1-cache-register inbyggt i det. Större nivåer av L2-cache som direkt integrerades i processorfunktionalitet togs i bruk 1995. Från och med 2011 finns det en tredje nivå av CPU-cacheminne i vissa datorsystem som kallas L3, som har åtkomst innan systemets huvudminne. själv används. Varje cache-nivå är utformad för att vara större och långsammare i prestanda när dess avstånd från mikroprocessorn ökar. De tidigaste nivåerna av L1-CPU-cache var 8 kilobyte i storlek, med L2-cache på maskiner från och med 2007 som redan överträffade gränsen på 6 megabyte, och vissa system från och med 2011 som har införlivat en L4-cache-buffert på upp till 64 megabyte i storlek.

Funktionen av snabbhastighetsminne med låg volym för mikroprocessorer centrerar runt hur de utför instruktioner. När en mikroprocessor utför operationer måste den traditionellt skicka förfrågningar om data till huvudminnet över systembussen. I datortermer är detta en mycket långsam process, så CPU-konstruktörer har inbyggda genvägar för processen för data som upprepas åtkomst av mikroprocessorn. När ofta åtkomna data redan laddas i CPU-cache, kan mikroprocessorn utföra operationer med mycket snabbare och effektivare hastighet. Av detta skäl hänvisas ofta till detta centrala processenhetsminne som instruktionscache eller datacache där det är direkt kopplat till funktionaliteten för mikroprocessorn och hårdvaran på själva datorn. Däremot är mycket av de data som lagras i standard RAM på en dator programvarucache för de många program som datorn kör samtidigt.

L1-cache kallas också ofta som skyddat minne eller minne med en icke-skrivande-allokering, eftersom de data som lagras i denna cache är väsentliga för datorns funktion. Om den av misstag skrivs över kan datorn drabbas av ett allmänt skyddsfel där den tvingas stänga av sig själv och starta om för att rensa den skadade CPU-cachen. Olika nivåer av CPU-cache har skrivbuffertfunktionalitet, där de kommer att skriva data lagrade där tillbaka till huvudminnet för att frigöra utrymme i cachen för när mer frekvent åtkomna operationer måste ha högre prioritet vid bearbetning.

Stora mängder CPU-cache förbättrar en mikroprocessors prestanda till en punkt där den kan överträffa en snabbare processor som har mindre cacheminne inbyggt i systemet. Hastigheten på framsidobussen (FSB) är också avgörande för att bestämma mikroprocessorprestanda. Busshastigheter i allmänhet har traditionellt varit en flaskhals för prestandaegenskaper på persondatorer (PC) där bearbetning måste kanaliseras fram och tillbaka över bussen till minnet. Höga FSB-hastigheter från och med 2011 för Core 2-processorer ligger på en nivå på 1 600 megahertz, eller 1 600 miljoner cykler per sekund, av datorinstruktionsuppsättningar.