L1, L2 och L3 Cache: Vad är skillnaden?

Jason Fitzpatrick/How-To Geek

De största skillnaderna mellan L1, L2 och L3 cacheminnet är kapacitet och överföringshastighet. L1 har låg kapacitet men extremt snabb, L2 är långsammare men har mer lagringsutrymme och L3 är den långsammaste av de tre men har också vanligtvis den största lagringskapaciteten.

Alla moderna datorprocessorer använder ett multi-level cache-minnessystem som tillåter att data tillfälligt lagras på chippet för snabb åtkomst. Att förstå skillnaderna mellan L1, L2 och L3 cache kan vara viktigt om du vill ha bästa prestanda från nästa CPU du köper.

Vad är CPU-cacheminne?

CPU-cacheminne är en typ av tillfällig datalagring som finns på processorn. Det används för att öka bearbetningseffektiviteten hos CPU:n genom att hålla små, ofta efterfrågade databitar redo att nås med hög hastighet. Cacheminne består av olika nivåer av lagring. Dessa nivåer kallas vanligtvis L1, L2, L3 och ibland L4 och varierar i plats, hastighet och storlek.

För att bättre förstå varför processorn behöver en egen minnescache måste vi titta på utvecklingen av processorer och RAM. Hastighetsskillnaden mellan processorn och RAM-minnet var minimal i tidiga datorer. Det var liten oro för att bearbetningen skulle bromsas av minnet. Eftersom drifthastigheten för centrala processorer ökade långt före RAM-hastigheten, fanns det ett behov av att på något sätt minska den skillnaden. Svaret var cacheminne.

Cacheminnet är både extremt snabbt, ofta mellan 10 och 100 gånger snabbare än DRAM, och fysiskt nära processorkärnorna. Moderna, snabba processorer bromsas inte av att behöva göra förfrågningar om data från relativt långsamt systemminne eftersom de kan hämta data från cachen istället.

Anledningen till att den här typen av minne, känd som SRAM, inte bara används i stället för DRAM i en dator beror på kostnaden. Mängden cacheminne på en CPU är relativt liten, mätt i kilobyte eller megabyte snarare än gigabyte, och skulle vara oöverkomligt dyrt att tillverka i samma storlekar som moderna RAM-moduler.

Cacheminne bör’ inte förväxlas med andra typer av cache som vanligtvis finns i din dator. Även om “cache” kan hänvisa till flera typer av tillfälligt minneslagring som används för att öka effektiviteten hos mjukvara eller hårdvara, cacheminne är specifikt för processorhårdvara.

Vad är L1-cache?

L1-cache, ibland kallad Primary Cache, är den minsta och snabbaste minnesnivån. Den är vanligen 64KB stor, men varje kärna i processorn har sin egen L1-cache inbyggd, så en fyrkärnig CPU skulle ha totalt 256 KB.

Om du tittar på minnesdetaljer i en verktyg som CPU-Z kommer du att märka att L1-cachen är uppdelad i ytterligare två nivåer: L1-I (instruktion) och L1-D (data). L1-instruktionscachen hanterar information som kommer att matas till processorn, medan datacachen innehåller information som ska skrivas till huvudminnet.

Nivå 1-cache kan överföra data lika snabbt eller snabbare än processorns maximala driftshastighet, vilket gör den extremt effektiv. Om processorn misslyckas med att hitta den nödvändiga data i L1, letar den efter den i L2- och L3-cachen.

Vad är L2-cache?

L2-cache är en sekundär minnescache, också inbäddad i varje enskild kärna av processorn. Den har nästan alltid mer lagringsutrymme än L1, men den arbetar med en lägre hastighet, om än fortfarande mycket snabbare än RAM-hastigheten.

Vissa avancerade processorer kan ha totalt 32 MB L2-cache, men 6-12 MB är förmodligen genomsnittet. Som nämnts är detta uppdelat lika mellan alla kärnor, vilket gör att var och en kan komma åt sin egen cache oberoende.

Vad är L3-cache?

Istället för att vara inbäddad i varje CPU-kärna, är nivån 3 cache fungerar som en delad lagringspool som hela processorn kan komma åt. Det är mycket långsammare än L1 och L2 cache, kanske bara dubbelt så snabbt som RAM, men är den största av alla tre minnesnivåer.

Om CPU:n misslyckas med att hitta den data den behöver i cacheminnet måste den istället begära data från det långsammare systemminnet. Detta kallas en cachemiss. Introduktionen av L3-cache minskade chanserna för ett misstag och bidrog därför till att förbättra prestandan.

När L3-cachen först utvecklades var den ofta placerad i ett separat chip på moderkortet. Moderna processorer har nu nästan uteslutande L3-cache ombord för större effektivitet.

L1 vs. L2 vs. L3 Cache: Vad är skillnaderna?

De huvudsakliga skillnaderna mellan de tre nivåerna av cacheminne är storlek, hastighet och var de finns.

< li>L1-cache har låg lagringskapacitet men är vanligtvis det snabbaste minnet i någon dator, upp till 100 gånger snabbare än RAM. Varje processorkärna har sin egen L1-cache, vanligtvis cirka 64KB.
• L2-cachekan vara flera gånger större än L1 men är bara cirka 25 gånger så snabb som RAM. Liksom L1 har varje processorkärna sin egen L2-cache. Var och en är vanligtvis 256–512 kB, ibland så hög som 1 MB.
• L3-cache har den största lagringskapaciteten, ofta 32 MB eller mer, men kanske bara dubbelt så snabb som systemet minne. L3-cache är vanligtvis inbäddat i processorn, men separat från kärnorna.

Kan cacheminne tas bort?

Det finns minnescache som kan raderas eller rensas, till exempel systemcache eller webbläsarcache, men du kan inte radera CPU-cacheminne. Precis som DRAM är SRAM flyktigt minne, vilket betyder att det inte behåller sitt innehåll på lång sikt. Så fort du stänger av datorn är allt i cacheminnet förlorat.

Hur mycket cacheminne behöver jag?

Som med de flesta typer av minne, ju mer cache en CPU har, desto bättre. Du kan inte uppgradera cacheminne, så det är viktigt att se till att den processor du väljer har tillräckligt för dina behov. Som sagt, det beror på vad du gör med din dator, och du bör inte hänga dig med den här CPU-funktionen. Klockhastigheter, antal kärnor och trådar och andra faktorer kan alla påverka CPU-prestanda.

En bra baslinje för L1-cache är 64KB per kärna. Du kan räkna ut detta genom att dividera det totala beloppet med antalet kärnor i CPU:n. 256KB L2-cache per kärna är helt acceptabelt, men spelare kanske vill leta efter 512KB per kärna. Och allt mellan 32 och 96 MB L3-cache är bra för de flesta ändamål.

RELATERAT: CPU-grunderna: Vad är kärnor, hypertrådning och flera processorer?< /strong>