L1-, L2- und L3-Cache: Was ist der Unterschied?

Jason Fitzpatrick/How-To Geek

Die Hauptunterschiede zwischen L1-, L2- und L3-Cache-Speicher sind Kapazität und Übertragungsgeschwindigkeit. L1 hat eine geringe Kapazität, ist aber extrem schnell, L2 ist langsamer, verfügt aber über mehr Speicherplatz, und L3 ist der langsamste der drei, verfügt aber normalerweise auch über die größte Speicherkapazität.

Moderne Computerprozessoren verwenden alle ein mehrstufiges Cache-Speichersystem ermöglicht die vorübergehende Speicherung von Daten auf dem Chip für einen schnellen Zugriff. Das Verständnis der Unterschiede zwischen L1-, L2- und L3-Cache kann wichtig sein, wenn Sie mit der nächsten CPU, die Sie kaufen, die beste Leistung erzielen möchten.

Was ist CPU-Cache-Speicher?

CPU-Cache-Speicher ist eine Art temporärer Datenspeicher, der sich auf dem Prozessor befindet. Es wird verwendet, um die Verarbeitungseffizienz der CPU zu erhöhen, indem kleine, häufig angeforderte Datenbits für den Zugriff mit hoher Geschwindigkeit bereitgehalten werden. Der Cache-Speicher besteht aus verschiedenen Speicherebenen. Diese Ebenen werden allgemein als L1, L2, L3 und gelegentlich L4 bezeichnet und variieren in Lage, Geschwindigkeit und Größe.

Um besser zu verstehen, warum die CPU einen eigenen Speichercache benötigt, müssen wir uns die Entwicklung von Prozessoren und RAM ansehen. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Prozessor und RAM war bei frühen Computern minimal. Es gab kaum Bedenken, dass die Verarbeitung durch den Speicher verlangsamt werden könnte. Da die Betriebsgeschwindigkeit der Zentralprozessoren weit schneller stieg als die RAM-Geschwindigkeit, bestand die Notwendigkeit, diese Ungleichheit irgendwie zu verringern. Die Antwort war Cache-Speicher.

Cache-Speicher sind sowohl extrem schnell, oft zwischen 10 und 100 Mal schneller als DRAM, als auch physisch nahe an den Prozessorkernen. Moderne, schnelle Prozessoren werden nicht dadurch verlangsamt, dass sie Datenanforderungen aus dem relativ langsamen Systemspeicher stellen müssen, da sie die Daten stattdessen aus dem Cache abrufen können.

Der Grund, warum dieser als SRAM bekannte Speichertyp nicht nur anstelle des DRAM in einem Computer verwendet wird, liegt in seinen Kosten. Die Menge an Cache-Speicher auf einer CPU ist relativ gering, sie wird in Kilobyte oder Megabyte statt in Gigabyte gemessen und wäre bei der gleichen Größe wie moderne RAM-Module unerschwinglich teuer in der Herstellung.

Cache-Speicher sollte nicht … Er ist nicht mit anderen Cache-Typen zu verwechseln, die häufig auf Ihrem Computer zu finden sind. Obwohl “Cache” kann sich auf verschiedene Arten von temporärem Speicher beziehen, der zur Steigerung der Effizienz von Software oder Hardware verwendet wird. Cache-Speicher ist spezifisch für die Prozessorhardware.

Was ist L1-Cache?

Der L1-Cache, manchmal auch Primärcache genannt, ist die kleinste und schnellste Speicherebene. Normalerweise ist er 64 KB groß, aber jeder Kern des Prozessors verfügt über einen eigenen eingebauten L1-Cache, sodass eine Quad-Core-CPU insgesamt 256 KB hätte.

Wenn Sie sich die Speicherdetails in a ansehen Wenn Sie ein Tool wie CPU-Z verwenden, werden Sie feststellen, dass der L1-Cache in zwei weitere Ebenen aufgeteilt ist: L1-I (Anweisung) und L1-D (Daten). Der L1-Anweisungscache verarbeitet Informationen, die dem Prozessor zugeführt werden, während der Datencache Informationen enthält, die in den Hauptspeicher geschrieben werden sollen.

Der Level-1-Cache kann Daten genauso schnell oder schneller als die maximale Betriebsgeschwindigkeit der CPU übertragen, was ihn äußerst effizient macht. Wenn der Prozessor die erforderlichen Daten in L1 nicht findet, sucht er im L2- und L3-Cache danach.

Was ist L2-Cache?

L2-Cache ist ein sekundärer Speichercache. auch in jedem einzelnen Kern der CPU eingebettet. Es verfügt fast immer über mehr Speicherplatz als L1, arbeitet jedoch langsamer, wenn auch immer noch viel schneller als die RAM-Geschwindigkeit.

Einige High-End-Prozessoren verfügen möglicherweise über insgesamt 32 MB L2-Cache, aber 6–12 MB sind wahrscheinlich der Durchschnitt. Wie bereits erwähnt, wird dieser zu gleichen Teilen auf alle Kerne aufgeteilt, sodass jeder unabhängig auf seinen eigenen Cache zugreifen kann.

Was ist L3-Cache?

Anstatt in jeden CPU-Kern eingebettet zu sein, ist der Level 3-Cache fungiert als gemeinsamer Speicherpool, auf den der gesamte Prozessor zugreifen kann. Er ist weitaus langsamer als L1- und L2-Cache, vielleicht nur doppelt so schnell wie RAM, aber der größte aller drei Speicherebenen.

Wenn die CPU die benötigten Daten nicht im Cache-Speicher findet, muss sie die Daten stattdessen vom langsameren Systemspeicher anfordern. Dies wird als Cache-Miss bezeichnet. Die Einführung des L3-Caches verringerte die Wahrscheinlichkeit eines Fehlschlags und trug somit zur Leistungsverbesserung bei.

Bei der ersten Entwicklung befand sich der L3-Cache oft in einem separaten Chip auf der Hauptplatine. Moderne CPUs verfügen mittlerweile fast ausschließlich über integrierten L3-Cache für mehr Effizienz.

L1 vs. L2 vs. L3 Cache: Was sind die Unterschiede?

Die Hauptunterschiede zwischen den drei Ebenen des Cache-Speichers sind Größe, Geschwindigkeit und der Ort, an dem sie sich befinden.

< Der li>L1-Cache hat eine geringe Speicherkapazität, ist aber normalerweise der schnellste Speicher in jedem Computer, bis zu 100-mal schneller als RAM. Jeder Prozessorkern verfügt über einen eigenen L1-Cache, normalerweise etwa 64 KB.
• L2-Cachekann um ein Vielfaches größer sein als L1, ist aber nur etwa 25-mal so schnell wie RAM. Wie L1 verfügt jeder Prozessorkern über einen eigenen L2-Cache. Jeder ist üblicherweise 256–512 KB groß, manchmal sogar bis zu 1 MB.
• L3-Cache hat die größte Speicherkapazität, oft 32 MB oder mehr, ist aber möglicherweise nur doppelt so schnell wie das System Speicher. L3-Cache ist üblicherweise in die CPU eingebettet, aber getrennt von den Kernen.

Kann Cache-Speicher gelöscht werden?

Es gibt Speicher-Caches, die gelöscht oder geleert werden können, wie z. B. der System-Cache oder der Browser-Cache, aber Sie können den CPU-Cache-Speicher nicht löschen. Genau wie DRAM ist SRAM ein flüchtiger Speicher, das heißt, er behält seinen Inhalt nicht langfristig. Sobald Sie den Computer ausschalten, geht der gesamte Cache-Speicher verloren.

Wie viel Cache-Speicher benötige ich?

Wie bei den meisten Speichertypen gilt: Je mehr Cache eine CPU hat, desto besser. Sie können den Cache-Speicher nicht aufrüsten. Daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass der von Ihnen gewählte Prozessor über ausreichend Kapazität für Ihre Anforderungen verfügt. Das heißt, es hängt davon ab, was Sie mit Ihrem Computer machen, und Sie sollten sich nicht auf diese eine CPU-Funktion beschränken. Taktraten, Anzahl der Kerne und Threads sowie andere Faktoren können sich alle auf die CPU-Leistung auswirken.

Eine gute Basis für den L1-Cache sind 64 KB pro Kern. Sie können dies ermitteln, indem Sie die Gesamtmenge durch die Anzahl der Kerne in der CPU dividieren. 256 KB L2-Cache pro Kern sind völlig akzeptabel, Gamer sollten jedoch nach 512 KB pro Kern suchen. Und alles zwischen 32 und 96 MB L3-Cache ist für die meisten Zwecke in Ordnung.

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