l1, l2 및 l3 캐시 란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

캐시 L1, L2 및 L3에 대해 들어 보셨습니까? 물론 그렇습니다. 그러나 이러한 캐시 수준의 의미를 잘 모를 경우이 기사에서는 최선을 다해 모든 것을 설명하려고 노력할 것입니다. 이제부터 프로세서의 메모리 특성을 더 잘 이해할 수 있습니다.

컴퓨터의 가장 중요한 구성 요소 중 하나는 메모리라는 것을 이미 알고 있습니다. 물론 RAM 메모리 는 모든 프로그램과 운영 체제가로드되어 프로세서에서 사용 하거나 디스크에 액세스 해야하는 RAM 메모리입니다. 힘들다.

RAM은 하드 드라이브보다, 특히 기계식 드라이브보다 훨씬 빠릅니다. 그러나 컴퓨터, 특히 프로세서 내에는 여전히 더 빠른 메모리가 있으며 이것은 오늘날 우리가 보게 될 캐시 메모리 입니다.

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CPU의 캐시 메모리는 무엇입니까

우리가 알아야 할 첫 번째 것은 일반적으로 캐시가 무엇인지입니다. 이미 말했듯이 PC에는 여러 유형의 메모리가 있으며 캐시 메모리가 가장 빠릅니다.

저장 수준

시작하려면 첫 번째 단계에서 기본 스토리지 를 갖게되는데 의심 할 여지없이 하드 드라이브 입니다. 그 안에 모든 정보가 영구적으로 저장되며 운영 체제에서 기능적인 PC를 만듭니다. HDD (기계식 하드 드라이브) 의 약 150MB / s에서 시장 에서 가장 빠른 SSD의 3, 500MB / s에 이르는 가장 느린 메모리입니다.

둘째, 랜덤 액세스 메모리 또는 RAM이 있습니다. 더 작은 솔리드 스테이트 메모리로, 데이터를 영구적으로 저장할 수 없으며 하드 디스크와 프로세서 사이의 게이트웨이 역할을합니다. DDR4에서 30, 000MB / s 이상의 속도를 제공합니다. 메모리는 정보 손실을 피하기 위해 지속적으로 업데이트해야하므로 DRAM (Dynamic RAM)이라고도합니다.

세 번째 수준, 가장 빠른

그리고 마지막으로 캐시 상단에 하나옵니다. 자체 마이크로 프로세서 및 SRAM (정적 RAM) 유형으로 설치 되는 매우 작은 메모리입니다. 일반 RAM보다 제조 비용이 훨씬 비싸며 지속적으로 업데이트하지 않고도 데이터를 보유 할 수 있습니다.

CPU 내부에 설치된다는 사실은 CPU를 처리 코어에 가장 가깝게 만들어 주므로 빠르게 처리 해야합니다. 실제로 200GB / s 이상의 속도와 약 10 또는 11ns (nanoseconds)의 대기 시간에 도달 합니다. 캐시 메모리는 CPU에서 즉시 처리 할 명령을 저장하여 가능한 한 빨리 액세스 할 수 있도록합니다.

결과적으로, 캐시 메모리 는 몇 가지 레벨로 나누어지며, 각 레벨 은 프로세서에 더 빠르고 더 작고 더 가깝습니다. 프로세서는 현재 내부에 총 3 가지 레벨의 캐시 메모리를 가지고 있습니다. 이 작업을 시작하기 전에 캐시 작동 방식을 간단히 살펴 보겠습니다.

캐싱 작동 방식

알지 못할 수도 있지만 실제로 컴퓨터의 모든 주변 장치와 요소에는 자체 캐시 메모리 가 있습니다 (예: 하드 드라이브 자체, 프린터 및 그래픽 카드의 GPU). 그리고 CPU의 기능을 포함하여 모든 기능이 동일합니다.

우리가 알고 있듯이, 운영 체제와 프로그램 덕분에 컴퓨터는 "똑똑하다". 이 프로그램들 각각은 프로그래밍 언어로 만들어지며, 차례로 CPU에서 순서대로 실행되어야하는 명령 집합입니다. 이 시점에서 다른 수준의 스토리지를 구축하는 것이 의미가 있기 때문에 순서대로 말합니다.

데이터는 하드 드라이브에 고정 된 방식으로 저장되지만 CPU가 너무 느리고 CPU에서 "먼"거리에 있기 때문에 메모리 RAM, 훨씬 더 빠른 저장소에 미리로드되어있는 프로그램에만 사용됩니다. 작동 중.

메모리 컨트롤러가 작동합니다

그러나 오늘날의 CPU는 너무 빠르며 각 코어에서 초당 수백만 건의 작업 을 실행할 수 있기 때문에 여전히 충분하지 않습니다. 캐시가 들어갑니다. CPU 내부에는 기본적으로 노스 브릿지 또는 노스 브릿지라고 불리는 메모리 컨트롤러 가 있으며 마더 보드에 설치된 칩이었습니다. 이 메모리 컨트롤러는 이제 CPU 내부에 있으며 RAM에서 실행할 명령을 가져오고 처리주기의 결과를 반환합니다.

그러나 CPU와 RAM 메모리를 통신하는 두 가지 유형의 버스 도 있습니다.이를 데이터 버스와 주소 버스라고합니다.

• 데이터 버스: 기본적으로 데이터와 명령이 순환 하는 트랙입니다. RAM, 캐시 및 코어를 서로 통신하는 데이터 버스가 있습니다. 주소 버스: CPU가 데이터가 있는 메모리 주소를 요청하는 독립 채널 입니다. 명령어는 주소가있는 메모리 셀에 저장되며 RAM, 캐시 및 CPU 모두 해당 데이터를 찾기 위해이를 알고 있어야합니다.

L1, L2 및 L3 캐시

지금까지 우리는 PC에서 스토리지가 작동 하는 방식 과 캐싱이 작동하는 방식을 대략적으로 이해하고 있습니다. 그러나 우리는 CPU 내부에 캐시 L1, L2 및 L3이 있다는 것을 알아야합니다. 아주 작은 것이 너무 적합하다는 것은 놀라운 것 같습니다. 이러한 3 가지 레벨의 캐시 메모리는 속도와 용량의 계층 구조를 제공합니다.

L1 캐시 메모리

L1 캐시는 가장 빠른 구성이며 코어에 가장 가까운 구성 입니다. 여기에는 CPU에서 즉시 사용할 데이터가 저장되므로 속도가 약 1150GB / s 이고 대기 시간이 0.9ns에 불과 합니다.

이 캐시 메모리의 크기 는 총 256KB 이지만 CPU 성능 (및 비용)에 따라 인텔 코어 i9-7980 XE 와 같은 워크 스테이션 프로세서는 총 1152KB

이 L1 캐시는 L1 데이터 캐시와 L1 명령 캐시의 두 가지 유형 으로 나뉩니다. 첫 번째는 처리 할 데이터를 저장하고 두 번째는 수행 할 연산에 대한 정보 (더하기, 빼기, 곱하기, 등).

또한 각 코어에는 자체 L1 캐시 가 있으므로 6 코어 프로세서를 사용하는 경우 L1 D와 L1 I로 6 개의 L1 캐시를 나눕니다 . Intel 프로세서의 경우 각각 32KB이고 AMD 프로세서는 L1 I에서 32KB 또는 64KB입니다. 물론 그들은 언제나처럼 품질과 힘에 따라 달라질 것입니다.

L2 캐시 메모리

우리가 찾은 다음 것은 L2 또는 레벨 2 캐시 입니다. 약간 더 느리지 만 약 470GB / s 및 2.8ns의 대기 시간으로 인해 더 많은 저장 용량이 있습니다. 저장소 크기는 일반적으로 256KB에서 18MB 사이입니다. 우리는 그것들이 우리가 처리하는 속도에 상당한 용량이라는 것을 이미 알고 있습니다.

명령어와 데이터는 그 안에 저장되며 곧 CPU에 의해 사용될 것이며, 이 경우 에는 명령어와 데이터로 나누어지지 않습니다. 그러나 각 코어마다 L2 캐시 가 있습니다. 적어도 가장 관련성이 높은 프로세서가 여기에 해당합니다. 각 코어마다 일반적으로 256, 512 또는 최대 1024KB가 있습니다.

L3 캐시 메모리

마지막으로 프로세서 칩에 전용 공간이있는 L3 캐시 를 찾습니다. 우리는 최대 200GB / s와 11ns의 지연 시간에 대해 이야기하고 있습니다.

현재 가치있는 프로세서에는 최소 4MB의 L3 캐시 가 있으며 최대 64MB의 드라이브 를 볼 수 있습니다. L3은 일반적으로 코어 당 약 2MB에 분산되어 있지만 각 코어 내부에 있지 않다고 가정하면 이들과 통신 할 데이터 버스가 있습니다. CPU의 해결 능력과 속도는이 버스와 RAM 메모리 자체에 크게 좌우되며, 인텔이 AMD로부터 전력을 얻는 곳입니다.

프로세서의 캐시 L1, L2 및 L3를 확인하는 방법

이 정보를 아는 가장 빠른 방법 중 하나는 CPU-Z 도구 를 다운로드하는 것 입니다.이 도구 는 완전히 무료이며 CPU에 대한 매우 완전한 정보를 제공합니다. 세 가지 수준과 각 저장소의 용량까지도. 공식 웹 사이트에서 다운로드 할 수 있습니다.

제조업체와 모델을 브라우저에 넣고 제조업체 페이지 로 이동할 수도 있지만 일반적으로 L3 캐시에 대한 정보 만 제공합니다. 물론 모든 프로세서 검토에서 각 CPU의 캐시에 대한 완전한 정보를 제공하고 성능을 벤치마킹합니다.

지연 시간, 버스 너비 및 캐시 부족

데이터는 모든 메모리 레벨을 통해 하드 드라이브에서 처리 코어로 흐릅니다. 프로세서가 다음으로 처리 할 다음 명령을 찾을 때 캐시 메모리 에있는 경우, 품질 시스템은 액세스 시간을 최소화하기 위해 데이터의 중요도에 따라 데이터를 올바르게 찾는 방법을 알아야합니다..

대기 시간은 메모리에서 데이터에 액세스하는 데 걸리는 시간 입니다. CPU가 더 멀고 느리고 대기 시간이 길고 CPU가 다음 명령을 기다려야합니다. 따라서 명령이 캐시 메모리에 없으면 프로세서는 RAM 메모리에서 직접 명령을 찾아야합니다.이를 캐시 부족 또는 캐시 누락이라고합니다. 이는 PC 속도가 느려질 때입니다.

버스 폭 은 메모리에서 CPU로 더 큰 데이터 블록을 전송할 수있는 능력을 나타 내기 때문에 속도에 매우 중요합니다. CPU와 RAM은 모두 64 비트이지만 듀얼 채널 기능은이 용량을 128 비트로 두 배로 늘릴 수 있으므로 이러한 요소 간의 전송이 더 큰 용량을 갖습니다.

L1, L2 및 L3 캐시 메모리에 대한 결론

우리는 항상 코어의 수와 프로세서의 속도를 많이 보며, 총 속도를 결정하는 것이 분명합니다. 그러나 때로는 일반적으로 고려되지 않는 요소는 캐시 메모리 이며 강력한 프로세서를 보유 할 때 필수적입니다.

예를 들어 4MB 또는 16MB의 L3 캐시가있는 6 코어 CPU를 갖는 것은 성능을 측정 할 때, 특히 여러 개의 열린 프로그램이있을 때 매우 중요 합니다. 따라서 지금부터 프로세서 구입을 결정할 때이 섹션을 잘 살펴보십시오. 모든 것이 주파수에 의존하지는 않기 때문입니다.

이 주제에 대한 더 흥미로운 자습서가 있으므로 여기에 남겨 두십시오.

또한 업데이트 된 하드웨어 안내서를 권장합니다.

이 모든 정보가 프로세서와 캐시 메모리에 대해 더 많이 알 수 있기를 바랍니다. 궁금한 점이 있으면 의견란에 문의하십시오. 다음 튜토리얼에서!겠습니다.