Кэш l1, l2, l3: что это такое и для чего нужен кэш в современном мире?

Содержание:

Для чего нужен кэш, и насколько целесообразно его увеличение?

Начнем с того, что есть несколько видов кэша. Системный кэш, как уже понятно, используется под нужд Windows, а кэш программ предназначен для корректного функционирования приложений. Чаще всего с понятием кэша пользователи сталкиваются при работе с интернет-браузерами. Но что это такое и для чего нужно? Кэш, вне зависимости от типа, является своеобразным хранилищем временных файлов, за счет использования которых увеличивается скорость загрузки программы или открытие тех же страниц в Интернете. То есть пользователь имеет дело с неким резервируемым на жестком диске пространством, которое используется операционной системой или отдельно взятым приложением. Как увеличить системный кэш или кэш программ, пока не рассматриваем. Для начала давайте определимся, стоит ли это вообще делать? С одной стороны, нет ничего плохого в том, чтобы зарезервировать для хранения временных файлов побольше места на диске. Так думает большинство рядовых пользователей. Но на самом деле кэш можно увеличивать только до определенной степени, поскольку установка слишком большого размера приведет к тому, что системе при выполнении какой-то операции придется перебрать слишком много объектов для загрузки, пока она найдет необходимый. Соответственно, и время запуска программ существенно снизится

Кроме того, следует обратить внимание, что кэш резервируется на жестком диске, а скорость обращения к нему может существенно снижаться, например при возникновении ошибок, фрагментации файлов и т. д

Иерархия памяти

Правила иерархии памяти очень ясны, она начинается с регистров процессора и заканчивается самой медленной из них и всегда следует одним и тем же правилам:

  • Текущий уровень иерархии имеет большую емкость, чем предыдущий, но меньше, чем следующий.
  • По мере удаления от ЦП задержка выполнения инструкций увеличивается.
  • По мере удаления от ЦП пропускная способность данных уменьшается.

В конкретном случае уровней кэша они хранят все меньшие и меньшие части информации, но всегда содержат фрагмент следующего уровня. Таким образом, кэш L1 — это подмножество данных кэша L2, которое, в свою очередь, является надмножеством данных кеша L1 и подмножеством данных кеша L3, если таковые имеются.

Однако кэш последнего уровня, ближайший к памяти, не является подмножеством ОЗУ, а только копией страницы памяти или их набора, ближайшего к процессору.

Как почистить кэш компьютера на Windowsс помощью программ

Почистить кэш компьютера на Windows с помощью программ — достаточно легко. Существует множество специализированных пакетов, которые позволяют быстро очистить системный кэш. Например, CCleaner имеет простой и понятный интерфейс. Необходимо отметить нужные компоненты для удаления и нажать кнопку «Очистить». Существует множество и других программ. Каждая из которых обладает похожим функционалом, поэтому можно выбрать любую из них.

Как произвести очистку кэш памяти?

Для этого можно воспользоваться различными инструментами. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками, но используется для выполнения различных процедур.

DNS (ДНС)

Для этого необходимо перейти в командную строку любым из перечисленных методов. После этого вводится специальная команда для очистки. При успешном выполнении выведется соответствующее сообщение о завершении процесса.

Чистка thumbnail

Для этого можно перейти в свойства системного диска. Далее необходимо выбрать стандартную утилиту для очистки диска. Галочкой отметьте thumbnails. После этого можете начать очистку. Обычно это не занимает много времени.

Вы можете отключить отображение эскизов

Таким образом, вы не увидите иконок, но сможете сэкономить место в кэш памяти, что важно для выполнения других процессов. Перейдите в свойства папки и настройте соответствующее отображение

Перезапустите систему.

Нюансы для оперативной памяти

Оперативную память нужно очищать регулярно. Поэтому имеет смысл автоматизировать этот процесс. Создайте на рабочем столе ярлык, который ссылается на программу очистки кэша оперативной памяти, находящуюся в C:\Windows\System32 под названием rundll32.exe. После создания ярлыка нажмите на него. Проведется анализ и чистка ресурсов. В результате ваше устройство начнет работать намного быстрее.

Как удалить все временные файлы с помощью программ?

Чтобы не лезть в сложные настройки, можете воспользоваться специальным программным обеспечением. Это существенно упростит поставленную задачу. Например, скачайте CCleaner – это распространенный программный пакет. Базовый функционал предоставляется совершенно бесплатно, что подойдет для повседневных нужд.

Загрузите установочный файл с сайта разработчика. Установите программу, следуя пошаговой инструкции установщика. После этого запустите программный продукт.

С левой стороны располагаются пункты, которые подвергаются очистке. Выберете галочкой те элементы, которые необходимо удалить. После этого нажмите на кнопку анализ. Будет проведена проверка этих элементов и выделены те, которые можно удалить. Нажмите на кнопку «Очистка». Начнется удаление ненужных кэш файлов. Этот процесс может занять некоторое время в зависимости от производительности системы.

Также вы можете очистить ненужные записи реестра, если перейдет на соответствующую вкладку. Это позволяет очистить битые ссылки, что существенно ускорить быстродействие системы. Рекомендуется перед этим создать точку восстановления, если вы не уверены в своих действиях.

Главное преимущество такого метода очистки – доступность. Скачать и установить программу сможет каждый. Вам не требуется вникать в тонкости работы ОС. Вся настройка и очистка будет проведена вместо вас.

Способы для браузера

Для каждого браузера способ отличается. Базовый алгоритм следующий: перейдите в настройки. Зайдите на вкладку очистки истории и выберете нужные файлы. Нажмите на кнопку «Очистить». Это может занять некоторое время.

Для чего нужен кэш в процессоре в современном мире?

Исходя из всего написанного выше, можно заключить, что кэш нужен для того, чтобы ускорить взаимодействие между процессором и основной памятью. От скорости такого взаимодействия напрямую зависит общая производительность компьютера.

Именно поэтому многие компании процессоров улучшают архитектуру своих устройств и увеличивают объем кэша в процессоре, чтобы как можно больше было попаданий в кэш и чтобы уменьшить время задержек. По статистике, средний процент попаданий в кэш в современном процессоре составляет 94-96%. Чтобы увеличить этот процент, многие компании идут даже на эксперименты, например, компания Intel в один модельный ряд своих процессоров внедрила кэш L4, но все это пока так и осталось на уровне эксперимента.

История

Впервые слово «cache» в компьютерном контексте было использовано в 1967 году во время подготовки статьи для публикации в журнале «IBM Systems Journal». Статья касалась усовершенствования памяти в разрабатываемой модели 85 из серии IBM System/360. Редактор журнала Лайл Джонсон попросил придумать более описательный термин, нежели «высокоскоростной буфер», но из-за отсутствия идей сам предложил слово «cache». Статья была опубликована в начале 1968 года, авторы были премированы IBM, их работа получила распространение и впоследствии была улучшена, а слово «кэш» вскоре стало использоваться в компьютерной литературе как общепринятый термин.

Краткий экскурс в историю

Первые упоминания о кэш-памяти датированы концом 80‑х годов. До этого времени скорость работы процессора и памяти были приблизительно одинаковой. Стремительное развитие чипов требовало придумать какой-нибудь «костыль», чтобы повысить уровень быстродействия ОЗУ, однако использовать сверхбыстрые чипы было очень затратно, а потому решились обойтись более экономичным вариантом – внедрением скоростного массива памяти в ЦП.

Впервые модуль кэш-памяти появился в Intel 80386. В то время задержки при работе DRAM колебались в пределах 120 наносекунд, в то время как более современный модуль SRAM сокращал время задержек до внушительных по тем временам 10 наносекунд. Примерная картина более наглядно продемонстрирована в противостоянии HDD против SSD.

Изначально кэш-память распаивалась прямиком на материнских платах, ввиду уровня техпроцесса того времени. Начиная с Intel 80486 8 кб памяти было внедрено непосредственно в кристалл процессора, что дополнительно увеличивало производительность и снижало площадь кристалла.

Данная технология расположения оставалась актуальной лишь до выхода Pentium MMX, после чего SRAM-память была заменена более прогрессивной SDRAM.

Что такое кэш процессора?

Как вообще происходит процесс вычислений? Все данные хранятся в оперативной памяти, которая предназначена для временного хранения важной пользовательской и системной информации. Процессор выбирает для себя определенное количество задач, которые загоняются в сверхбыстрый блок, именуемый кэш-памятью, и начинает заниматься своими прямыми обязанностями

Результаты вычислений снова отправляются в ОЗУ, но уже в гораздо меньшем количестве (вместо тысячи значений на выходе получаем куда меньше), а на обработку берется новый массив. И так до тех пор, пока работа не будет сделана.

Все потому, что скорость работы ЦП превышает показатели работы ОЗУ в среднем раз в 15, а то и выше. И не смотрите только на параметры частоты, помимо них отличий хватает.

Компьютерное кэширование


известно

Что будет, если встроить в материнскую плату специальное хранилище информации, небольшое, но сравнительно быстрое (допустим, на цикл обращения к нему уйдет всего 30 наносекунд). Это уже в два раза быстрее того времени, которое потребовалось бы на обращение к оперативной памяти. Такой кэш называется кэшем второго уровня (или кэшем L2).

А если интегрировать еще меньшую, но еще более скоростную память непосредственно в чип процессора? Получится кэш первого уровня. Обращаться к такой памяти процессор сможет уже на своей скорости. В качестве примера возьмем устаревший процессор Pentium с тактовой частотой 233 мегагерца. Его кэш первого уровня (L1) был быстрее кэша второго уровня (L2) в 3,5 раза. А тот, в свою очередь, вдвое быстрее времени доступа к оперативной памяти.

В современных процессорах оба уровня кэша зачастую вмонтированы непосредственно в их чипы. В таких случаях на материнской плате появляется кэш третьего уровня (L3), играющий роль своего рода информационного буфера между микропроцессором и системной оперативной памятью.

Компьютер является сложным устройством, содержащим множество подсистем. Если встроить кэш между некоторыми из них, то производительность возрастет. Рассмотрим это на конкретном примере. Итак, перед нами процессор (самый быстрый компонент компьютера). За ним следует кэш первого уровня, затем кэш второго уровня, который кэширует данные из оперативной памяти. Но и сама оперативная память играет роль кэша для медленных устройств, к которым относятся жесткие и оптические диски.

И жесткому диску тоже приходится порой брать на себя функции кэша (временного хранилища) по отношению к вашему интернет-соединению. Ведь Интернет тоже можно рассматривать в качестве огромной, но не слишком быстрой, «памяти». Хранилище данных, расположенное на ступеньку выше в иерархии компьютерной памяти, может выступать кэшем данных по отношению к более медленному накопителю.

Теперь, когда мы рассмотрели, как работает кэширование, сделаем небольшой перерыв и вернемся к этой теме вновь, чтобы узнать о технологии кэширования и его субсистеме.

Продолжение следует

По материалам computer.howstuffworks.com

Примечания

  1. Кэш // Большой орфографический словарь русского языка / под ред. С. Г. Бархударова, И. Ф. Протченко и Л. И. Скворцова. — 3-е изд. — М.: ОНИКС Мир и Образование, 2007. — С. 399. — ISBN 978-5-488-00924-0. — ISBN 978-5-94666-375-5.
  2. Большой толковый словарь русского языка / Автор, сост. и гл. ред. С. А. Кузнецов. Институт лингвистических исследований РАН, 2000
  3. Захаренко Е. Н., Комарова Л. Н., Нечаева И. В. Новый словарь иностранных слов. М.: 2003
  4. Толковый словарь по вычислительной технике. Microsoft Press, из-во «Русская Редакция», 1995
  5. Першиков В. И., Савинков В. М. Толковый словарь по информатике / Рецензенты: канд. физ.-мат. наук А. С. Марков и д-р физ.-мат. наук И. В. Поттосин. — М.: Финансы и статистика, 1991. — 543 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-279-00367-0.
  6. Борковский А. Б. Англо-русский словарь по программированию и информатике (с толкованиями). — М.: Русский язык, 1990. — 335 с. — 50 050 (доп.) экз. — ISBN 5-200-01169-3.

Нужно ли удалять кэш на Android

Из Android Nougat вообще пропал инструмент удаления системного кэша. Даже Google считает, что в этом нет смысла

Нет никакого смысла в том, чтобы удалять файлы кэша.

  • Во-первых, потому что с ними все приложения и сервисы, которые установлены на вашем смартфоне, начинают работать быстрее.
  • Во-вторых, потому что они занимают настолько мало места, что вы даже не заметите их.
  • В-третьих, файлы кэша имеют свойство повторно накапливаться ровно в том виде, в котором они были изначально.

Google уже давно научила Android грамотно работать с файлами кэша – хоть с системными, хоть в приложениях. Серьёзный переворот в этой области случился в 2021 году, когда вышла Android 7.0 Nougat. Если до того момента в меню восстановления операционной системы была возможность сброса системного кэша, то после – он исчез. В результате вышло даже лучше, чем на iOS.

Кэш-память хранит только наиболее часто используемые элементы данных?

Нет, кэш-память является довольно интеллектуально продвинутой памятью, в которую помещаются также и те данные, которые, вероятно, будут востребованы в ближайшее время. Продолжая нашу аналогию с библиотекарем, это можно объяснить следующим образом. Когда посетитель просит библиотекаря достать ему первую часть Гарри Поттера, то наш догадливый библиотекарь также берет с полки и вторую часть Гарри Поттера, резонно полагая, что посетитель, прочитав первую часть, в скором времени попросит и вторую. И когда тот ее просит, то она тут же достается из того же ящика стола. Аналогичным образом, когда кэш-память извлекает элементы данных из основной памяти, она также выбирает данные, которые находятся по адресам, рядом с затребованными данными. Эти рядом расположенные блоки данных, которые передаются в кэш, называется строки кэша.

Контроллер кэша

Это — один из логических блоков. Он отвечает за обмен данными сверх памяти с ядрами ЦП. При обращении одного из ядер контроллер проверяет, есть ли нужные данные в кэше. При положительной проверке происходит так называемое попадание, а необходимая информация «переваривается» внутри самого CPU.

Задача контроллера — сделать так, чтобы промахи происходили как можно реже, то есть чтобы в кэше всегда были необходимые промежуточные данные для обработки. Но это зависит уже не только от CPU, но и от того, как разработчики приложения оптимизировали код.

Последовательность работы следующая: проверка сверх памяти на наличие необходимых данных и их перемещение к одному из ядер, или же обращение к оперативке с аналогичным запросом.

Предназначение

Она предназначена для чтения и записи данных, однако на SCSI дисках в редких случаях необходимо разрешение на кэширование записи, так как по умолчанию установлено, что кэширование записи запрещено. Как мы уже говорили, объем – не решающий фактор для улучшения эффективности работы

Для увеличения производительности винчестера более важной является организация обмена информацией с буфером. Кроме этого, на нее также в полной мере влияет функционирование управляющей электроники, предотвращение возникновения ошибок и прочее

В буферной памяти хранятся наиболее часто используемые данные, в то время как, объем определяет вместимость этой самой хранимой информации. За счет большого размера производительность винчестера возрастает в разы, так как данные подгружаются напрямую из кэша и не требуют физического чтения.

Физическое чтение – прямое обращение системы к жесткому диску и его секторам. Данный процесс измеряется в миллисекундах и занимает достаточно большое количество времени. Вместе с этим HDD передает данные более чем в 100 раз быстрее, чем при запросе путем физического обращения к винчестеру. То есть, он позволяет устройству работать даже если хост-шина занята.

Устраняем проблему с неиспользуемой RAM

Причин у описываемой проблемы существует немало. В первую очередь источником является программный сбой в определении ОЗУ. Также ошибка появляется и вследствие аппаратной неисправности как модуля или модулей, так и материнской платы. Начнём с программных неполадок.

Способ 1: Настройка Windows

Первая причина проблем с использованием «оперативки» – некорректные настройки операционной системы, как правило, параметров работы с этими комплектующими.

Нажмите «Применить» и «ОК», и затем перезагрузите компьютер.

Способ 2: «Командная строка»

Также стоит попробовать отключить несколько опций, доступных через «Командную строку».

bcdedit /set nolowmem on

Нажмите Enter, затем пропишите следующую команду и снова воспользуйтесь клавишей ввода.

bcdedit /set PAE forceenable

Данный метод является более продвинутой версией первого.

Способ 3: Настройка BIOS

Не исключены также неправильные настройки микропрограммы «материнки». Параметры следует проверить и изменить.

Параметры нужно включить – как правило, достаточно переместить соответствующую опцию в положение «On» или «Enabled».

Если вы не можете найти подходящие пункты, не исключено, что производитель заблокировал такую возможность на вашей модели «материнки». В этом случае поможет либо прошивка новой версии микропрограммы, либо замена системной платы.

Способ 4: Уменьшение памяти, используемой встроенной видеокартой

Пользователи ПК или ноутбуков без дискретной видеокарты часто сталкиваются с рассматриваемой проблемой, поскольку встроенные в процессор решения пользуются «оперативкой». Часть из неё закреплена за интегрированной графикой, причём объём задействованной ОЗУ можно изменить. Делается это следующим образом:

Далее откройте разделы «Конфигурация системного агента», «Расширенные настройки памяти», «Integrated Graphics Configuration» либо подобное, и задайте требуемый объём по аналогии с текстовым БИОС.

Способ 5: Проверка модулей ОЗУ

Нередко источником ошибки являются неполадки с планками оперативной памяти. Проверить их и устранить возможные проблемы можно по следующему алгоритму:

Аппаратные неисправности – одна из самых редких причин описываемой проблемы, однако и самая неприятная из возможных.

Заключение

Таким образом, мы рассказали, почему в Виндовс 10 появляется сообщение о том, что используется не вся оперативная память, а также предложили варианты устранения этой ошибки.

Источник

Функционирование


Отображение кэша памяти ЦПУ в основной памяти.

Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами, веб-серверами, службами DNS и WINS.

Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, часто называемый тегом, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

Когда клиент кэша (ЦПУ, веб-браузер, операционная система) обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдена запись, содержащая затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становится доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий, или коэффициентом попаданий в кэш.

Например, веб-браузер проверяет локальный кэш на диске на наличие локальной копии веб-страницы, соответствующей запрошенному URL. В этом примере URL — это идентификатор, а содержимое веб-страницы — это элементы данных.

Если кэш ограничен в объёме, то при промахе может быть принято решение отбросить некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используются разные .

При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти. Задержка во времени между модификацией данных в кэше и обновлением основной памяти управляется так называемой .

В кэше с немедленной записью каждое изменение вызывает синхронное обновление данных в основной памяти.

В кэше с отложенной записью (или обратной записью) обновление происходит в случае вытеснения элемента данных, периодически или по запросу клиента. Для отслеживания модифицированных элементов данных записи кэша хранят признак модификации (изменённый или «грязный»). Промах в кэше с отложенной записью может потребовать два обращения к основной памяти: первое для записи заменяемых данных из кэша, второе для чтения необходимого элемента данных.

В случае, если данные в основной памяти могут быть изменены независимо от кэша, то запись кэша может стать неактуальной. Протоколы взаимодействия между кэшами, которые сохраняют согласованность данных, называют протоколами когерентности кэша.

Что это такое

При выполнении любых вычислений (даже в режиме простоя компьютера, когда работают только системные службы) данные для обработки ЦП получает из оперативной памяти. Информация поступает небольшими блоками, после чего записывается промежуточный результат.

По характеристикам, а точнее скорости работы, самый медленный процессор многократно превосходит ОЗУ. В среднем, он шустрее в 15 раз. Добавьте сюда системную шину, которая может еще больше замедлять обработку данных. Получается совсем некрасивая картина: в таком режиме КПД системы слишком низок.

Хотя назначение MB — связать между собой все компоненты компа, часто рациональнее использовать дополнительную «Приблуду», которая возьмет на себя часть несвойственных функций.

Именно к таким технологиям относится кэш, который еще называют сверхоперативной памятью. Реализован он в виде отдельных микросхем типа SRAM. Благодаря такой особенности все промежуточные данные перезаписываются максимально быстро. Это благоприятно влияет на производительность работы в целом.

Два уровня кэш-памяти процессора

Большинство жестких дисков и некоторых других компонентов компьютера используют всего один уровень кэш – памяти. В отличие от них, кэш – память процессора является двухуровневой, в которой кэш 1-го уровня (L1) меньше и быстрее, а кэш 2-го уровня немного медленнее первого, но при этом намного быстрее, чем оперативная память. Кэш L1 разделен на две части, а именно, на кэш команд и на кэш данных. В кэше команд хранится набор инструкций, которые необходимы процессору для вычислений, в то время как кэш данных хранит значения, которые необходимы для текущего исполнения. Кэш L2 отвечает за загрузку данных из основной памяти. Опять же, возвращаясь к нашей библиотеке.

Рассмотрим, например, ящик библиотекаря как кэш L1. В один из сильно загруженных работой дней, когда посетителей много, спрос на книги велик, а ящик в столе заполнен, возникает риск его переполнения. В этом случае на помощь библиотекарю приходит рядом стоящий книжный шкаф (L2). В него библиотекарь будет складывать книги, когда не останется места в ящике стола. Теперь, когда у него спросят некоторые популярные книги, то он сначала посмотрит в ящик стола и если не найдет там запрашиваемой книги, то пойдет к книжному шкафу. Который, как вы, наверное, догадались, в нашей аналогии играет роль кэш-памяти второго уровня.

Аналогичным образом, в процессоре, когда кэш L1заполнен, данные сохраняются в кэш-память L2. Процессор в первую очередь ищет данные в первом кэше L1, и если они не будут найдены, то далее разыскиваются в L2. Если данные не будут найдены в L2, то следует запрос в оперативную память, и в последнюю очередь запрос делается к жесткому диску.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector