{"id":62748,"date":"2022-08-21T00:24:48","date_gmt":"2022-08-21T05:24:48","guid":{"rendered":"https:\/\/blogging-techies.com\/sw\/hur-fungerar-cpu-cache-vad-ar-l1-l2-och-l3-cache\/"},"modified":"2022-08-21T00:24:48","modified_gmt":"2022-08-21T05:24:48","slug":"hur-fungerar-cpu-cache-vad-ar-l1-l2-och-l3-cache","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogging-techies.com\/sw\/hur-fungerar-cpu-cache-vad-ar-l1-l2-och-l3-cache\/","title":{"rendered":"Hur fungerar CPU-cache? Vad \u00e4r L1-, L2- och L3-cache?"},"content":{"rendered":"
\n

Datorprocessorer har avancerat en hel del de senaste \u00e5ren. Transistorer blir mindre f\u00f6r varje \u00e5r, och framstegen n\u00e5r en punkt d\u00e4r Moores lag blir \u00f6verfl\u00f6dig.<\/p>\n

N\u00e4r det kommer till processorer \u00e4r det inte bara transistorerna och frekvenserna som r\u00e4knas utan \u00e4ven cachen.<\/p>\n

Du kanske har h\u00f6rt talas om cacheminne n\u00e4r processorer (Central Processing Units) diskuteras. Vi \u00e4gnar dock inte tillr\u00e4ckligt mycket uppm\u00e4rksamhet \u00e5t dessa CPU-cache-minnesnummer, och de \u00e4r inte heller den prim\u00e4ra h\u00f6jdpunkten i CPU-reklam.<\/p>\n

S\u00e5 exakt hur viktig \u00e4r CPU-cache och hur fungerar det?<\/p>\n

<\/span> Vad \u00e4r CPU-cacheminne?<\/span><\/h2>\n

Enkelt uttryckt \u00e4r en CPU-minnescache bara en riktigt snabb typ av minne. Under de f\u00f6rsta dagarna av datoranv\u00e4ndning var processorhastigheten och minneshastigheten l\u00e5g. Men under 1980-talet b\u00f6rjade processorhastigheterna \u00f6ka \u2013 snabbt. Systemminnet vid den tiden (RAM) kunde inte hantera eller matcha de \u00f6kande CPU-hastigheterna, och s\u00e5 en ny typ av ultrasnabbt minne f\u00f6ddes: CPU-cacheminne.<\/p>\n

Nu har din dator flera typer av minne inuti.<\/p>\n

Det finns prim\u00e4r lagring, som en h\u00e5rddisk eller SSD, som lagrar huvuddelen av data \u2013 operativsystemet och programmen.<\/p>\n

N\u00e4sta upp har vi Random Access Memory, allm\u00e4nt k\u00e4nt som RAM. Detta \u00e4r mycket snabbare \u00e4n den prim\u00e4ra lagringen men \u00e4r bara ett korttidslagringsmedium. Din dator och programmen p\u00e5 den anv\u00e4nder RAM-minne f\u00f6r att lagra data som du ofta anv\u00e4nder, vilket hj\u00e4lper till att h\u00e5lla handlingar p\u00e5 din dator snabba.<\/p>\n

Slutligen har CPU:n \u00e4nnu snabbare minnesenheter inom sig, k\u00e4nd som CPU-minnescache.<\/p>\n

Datorminne har en hierarki baserad p\u00e5 dess driftshastighet. CPU-cachen st\u00e5r h\u00f6gst upp i den h\u00e4r hierarkin och \u00e4r den snabbaste. Det \u00e4r ocks\u00e5 n\u00e4rmast d\u00e4r den centrala bearbetningen sker, eftersom den \u00e4r en del av sj\u00e4lva CPU:n.<\/p>\n

Datorminne finns ocks\u00e5 i olika typer.<\/p>\n

Cacheminne \u00e4r en form av statiskt RAM (SRAM), medan ditt vanliga system-RAM \u00e4r k\u00e4nt som Dynamic RAM (DRAM). Statiskt RAM kan h\u00e5lla data utan att st\u00e4ndigt beh\u00f6va uppdateras, till skillnad fr\u00e5n DRAM, vilket g\u00f6r SRAM idealiskt f\u00f6r cacheminne.<\/p>\n

<\/span> Hur fungerar CPU-cache?<\/span><\/h2>\n

Program och appar p\u00e5 din dator \u00e4r utformade som en upps\u00e4ttning instruktioner som CPU:n tolkar och k\u00f6r. N\u00e4r du k\u00f6r ett program tar instruktionerna sig fr\u00e5n den prim\u00e4ra lagringen (din h\u00e5rddisk) till processorn. Det \u00e4r h\u00e4r minneshierarkin kommer in i bilden.<\/p>\n

Data laddas f\u00f6rst in i RAM-minnet och skickas sedan till CPU:n. CPU:er \u00e4r idag kapabla att utf\u00f6ra ett gigantiskt antal instruktioner per sekund. F\u00f6r att utnyttja sin kraft fullt ut beh\u00f6ver CPU:n tillg\u00e5ng till supersnabbt minne, vilket \u00e4r d\u00e4r CPU-cachen kommer in.<\/p>\n

Minneskontrollern tar data fr\u00e5n RAM-minnet och skickar den till CPU-cachen. Beroende p\u00e5 din CPU, finns styrenheten p\u00e5 CPU:n eller Northbridge-kretsupps\u00e4ttningen som finns p\u00e5 ditt moderkort.<\/p>\n

Minnescachen utf\u00f6r sedan data fram och tillbaka i CPU:n. Minneshierarki finns ocks\u00e5 i CPU-cachen.<\/p>\n

<\/span> Niv\u00e5erna f\u00f6r CPU-cacheminne: L1, L2 och L3<\/span><\/h2>\n

CPU-cacheminnet \u00e4r uppdelat i tre \u201cniv\u00e5er\u201d: L1, L2 och L3. Minneshierarkin \u00e4r \u00e5terigen beroende p\u00e5 hastigheten och d\u00e4rmed storleken p\u00e5 cachen.<\/p>\n

S\u00e5, g\u00f6r CPU-cachestorleken n\u00e5gon skillnad f\u00f6r prestanda?<\/p>\n

<\/span>L1-cache<\/span><\/h3>\n

L1 (Level 1) cache \u00e4r det snabbaste minnet som finns i ett datorsystem. N\u00e4r det g\u00e4ller \u00e5tkomstprioritet har L1-cachen de data som processorn mest sannolikt beh\u00f6ver n\u00e4r den slutf\u00f6r en viss uppgift.<\/p>\n

Storleken p\u00e5 L1-cachen beror p\u00e5 CPU:n. Vissa avancerade konsumentprocessorer har nu en 1MB L1-cache, som Intel i9-9980XE, men dessa kostar en enorm summa pengar och \u00e4r fortfarande f\u00e5 och l\u00e5ngt emellan. Vissa serverchipset, som Intels Xeon-sortiment, har ocks\u00e5 en 1-2MB L1-minnescache.<\/p>\n

Det finns ingen \u201cstandard\u201d L1-cachestorlek, s\u00e5 du m\u00e5ste kontrollera CPU-specifikationerna f\u00f6r att best\u00e4mma den exakta L1-minnescachestorleken innan du k\u00f6per.<\/p>\n

\n<\/figure>\n

L1-cachen \u00e4r vanligtvis uppdelad i tv\u00e5 sektioner: instruktionscachen och datacachen. Instruktionscachen behandlar informationen om operationen som CPU:n m\u00e5ste utf\u00f6ra, medan datacachen inneh\u00e5ller de data som operationen ska utf\u00f6ras p\u00e5.<\/p>\n

<\/span>L2-cache<\/span><\/h3>\n

L2 (Niv\u00e5 2)-cache \u00e4r l\u00e5ngsammare \u00e4n L1-cachen men st\u00f6rre i storlek. D\u00e4r en L1-cache kan m\u00e4ta i kilobyte, m\u00e4ter moderna L2-minnescacher i megabyte. Till exempel har AMD:s h\u00f6gt rankade Ryzen 5 5600X en 384KB L1-cache och en 3MB L2-cache (plus en 32MB L3-cache).<\/p>\n

L2-cachestorleken varierar beroende p\u00e5 CPU, men storleken \u00e4r vanligtvis mellan 256KB och 8MB. De flesta moderna processorer kommer att packa mer \u00e4n en 256KB L2-cache, och denna storlek anses nu vara liten. Dessutom har n\u00e5gra av de mest kraftfulla moderna processorerna en st\u00f6rre L2-minnescache som \u00f6verstiger 8MB.<\/p>\n

N\u00e4r det kommer till hastighet ligger L2-cachen efter L1-cachen men \u00e4r fortfarande mycket snabbare \u00e4n ditt system-RAM. L1-minnescachen \u00e4r vanligtvis 100 g\u00e5nger snabbare \u00e4n ditt RAM-minne, medan L2-cachen \u00e4r cirka 25 g\u00e5nger snabbare.<\/p>\n

<\/span>L3-cache<\/span><\/h3>\n

Till L3-cachen (niv\u00e5 3). Under de f\u00f6rsta dagarna hittades faktiskt L3-minnescachen p\u00e5 moderkortet. Detta var v\u00e4ldigt l\u00e4nge sedan, d\u00e5 de flesta processorer bara var enk\u00e4rniga processorer. Nu kan L3-cachen i din CPU vara enorm, med avancerade konsumentprocessorer med L3-cacher p\u00e5 upp till 32 MB. Vissa server CPU L3-cacher kan \u00f6verskrida detta, med upp till 64MB.<\/p>\n

L3-cachen \u00e4r den st\u00f6rsta men ocks\u00e5 den l\u00e5ngsammaste cacheminnesenheten. Moderna processorer inkluderar L3-cachen p\u00e5 sj\u00e4lva processorn. Men medan L1- och L2-cachen finns f\u00f6r varje k\u00e4rna p\u00e5 sj\u00e4lva chippet, \u00e4r L3-cachen mer lik en allm\u00e4n minnespool som hela chippet kan anv\u00e4nda.<\/p>\n

F\u00f6ljande bild visar CPU-minnescacheniv\u00e5erna f\u00f6r en Intel Core i5-3570K CPU:<\/p>\n

\n<\/figure>\n

Notera hur L1-cachen \u00e4r uppdelad i tv\u00e5, medan L2 respektive L3 \u00e4r st\u00f6rre.<\/p>\n

<\/span>Hur mycket CPU-cacheminne beh\u00f6ver jag?<\/span><\/h3>\n

Det \u00e4r en bra fr\u00e5ga. Mer \u00e4r b\u00e4ttre, som du kan f\u00f6rv\u00e4nta dig. De senaste CPU:erna kommer naturligtvis att inneh\u00e5lla mer CPU-cacheminne \u00e4n \u00e4ldre generationer, med potentiellt snabbare cacheminne ocks\u00e5. En sak du kan g\u00f6ra \u00e4r att l\u00e4ra dig hur du j\u00e4mf\u00f6r CPU:er effektivt. Det finns mycket information d\u00e4r ute, och att l\u00e4ra sig hur man j\u00e4mf\u00f6r och kontrasterar olika processorer kan hj\u00e4lpa dig att fatta r\u00e4tt ink\u00f6psbeslut.<\/p>\n

<\/span> Hur flyttas data mellan CPU-minnescacher?<\/span><\/h2>\n

Den stora fr\u00e5gan: hur fungerar CPU-cacheminne?<\/p>\n

I dess mest grundl\u00e4ggande termer fl\u00f6dar data fr\u00e5n RAM-minnet till L3-cachen, sedan L2 och slutligen L1. N\u00e4r processorn letar efter data f\u00f6r att utf\u00f6ra en operation f\u00f6rs\u00f6ker den f\u00f6rst hitta den i L1-cachen. Om processorn hittar det kallas tillst\u00e5ndet en cachetr\u00e4ff. Den forts\u00e4tter sedan f\u00f6r att hitta den i L2 och sedan L3.<\/p>\n

Om CPU:n inte hittar data i n\u00e5gon av minnescacharna f\u00f6rs\u00f6ker den komma \u00e5t dem fr\u00e5n ditt systemminne (RAM). N\u00e4r det h\u00e4nder \u00e4r det k\u00e4nt som en cachemiss.<\/p>\n

Nu, som vi vet, \u00e4r cachen utformad f\u00f6r att snabba upp informationen fram och tillbaka mellan huvudminnet och CPU:n. Den tid som beh\u00f6vs f\u00f6r att komma \u00e5t data fr\u00e5n minnet kallas \u201clatens\u201d.<\/p>\n

L1-cacheminne har l\u00e4gst latens, det \u00e4r snabbast och n\u00e4rmast k\u00e4rnan, och L3 har h\u00f6gst. Minnescache-latensen \u00f6kar n\u00e4r det finns en cachemiss eftersom CPU:n m\u00e5ste h\u00e4mta data fr\u00e5n systemminnet.<\/p>\n

Latensen forts\u00e4tter att minska i takt med att datorer blir snabbare och effektivare. L\u00e5g latens DDR4 RAM och supersnabba SSD:er minskar latensen, vilket g\u00f6r hela ditt system snabbare \u00e4n n\u00e5gonsin. I det \u00e4r hastigheten p\u00e5 ditt systemminne ocks\u00e5 viktig.<\/p>\n

<\/span> Framtiden f\u00f6r CPU-cacheminne<\/span><\/h2>\n

Cacheminnesdesign utvecklas hela tiden, s\u00e4rskilt eftersom minnet blir billigare, snabbare och t\u00e4tare. Till exempel \u00e4r en av AMD:s senaste innovationer Smart Access Memory och Infinity Cache, som b\u00e5da \u00f6kar datorns prestanda.<\/p>\n

Om f\u00f6rfattaren<\/strong><\/p>\n

Gavin Phillips (1017 publicerade artiklar)
<\/strong><\/p>\n

Gavin \u00e4r Junior Editor for Technology Explained, en regelbunden bidragsgivare till Really Useful Podcast och en frekvent produktrecensent. Han har en examen i samtida skrivande som plundrats fr\u00e5n Devons kullar och mer \u00e4n ett decennium av professionell skrivarerfarenhet. Han tycker om stora m\u00e4ngder te, br\u00e4dspel och fotboll.<\/p>\n

Mer fr\u00e5n Gavin Phillips<\/p>\n

<\/span>Prenumerera p\u00e5 v\u00e5rt nyhetsbrev<\/span><\/h4>\n

G\u00e5 med i v\u00e5rt nyhetsbrev f\u00f6r tekniska tips, recensioner, free e-b\u00f6cker och exklusiva erbjudanden!<\/p>\n

Klicka h\u00e4r f\u00f6r att prenumerera<\/p>\n<\/p><\/div>\n

\n
\n

Table of Contents<\/p>\nToggle<\/span><\/path><\/svg><\/svg><\/span><\/span><\/span><\/a><\/span><\/div>\n