V osmdesátých letech 20. století začal překotný vývoj v oblasti procesorů. Výsledkem tohoto trendu byly stále rychlejší a rychlejší procesory. Bohužel přístupové doby u pamětí spíše stagnovaly a tak omezovaly další zvyšování výkonu celého počítače. Proto se začalo řešit, co s tím – co udělat, aby se zrychlil přístup do paměti a jak to udělat, aby celý výpočetní systém pracoval efektivněji.
Nesoulad mezi výpočetní rychlostí procesorů a přístupovou dobou pamětí nakonec vyústil vytvořením vyrovnávací paměti procesoru. Vyrovnávací paměť procesoru, která se rovněž označuje slovem „cache“, představuje takovou paměť, která je velmi rychlá. Jedná se o poměrně malou paměť, která obsahuje instrukce, které bude počítač s největší pravděpodobností v nejbližší době potřebovat (pokud má vykonat určité operace a provést konkrétní úlohy).
Výpočetní systém tyto instrukce načítá do vyrovnávací paměti za využití poměrně komplikovaných algoritmů. Hlavním účelem vyrovnávací paměti cache je tedy zajistit procesoru okamžitý přístup k datům, která potřebuje, a to ve správném pořadí.
Pokud chcete pochopit, jak taková paměť v jednotce CPU pracuje, je třeba si nejprve připomenout, jak počítač využívá tři různé typy pamětí: Prvním typem paměti je hlavní paměť v podobě pevného disku (HDD) nebo disku SSD (Solid State Disk). Jedná se o paměť o největší kapacitě. Následuje operační paměť (RAM), která je mnohem rychlejší, ale oproti hlavní paměti daleko menší.
A do třetice se v počítači nachází i paměť uvnitř procesoru, označovaná jako vyrovnávací paměť neboli paměť cache. Tato paměť je bezkonkurenčně nejrychlejší. Když na počítači spustíte nějaký program, vykoná se celá řada příkazů, které se nacházejí ve zdrojovém kódu softwaru. Program tyto příkazy nejprve načte do operační paměti RAM, odkud jsou přeneseny do jednotky CPU. Aby se tyto příkazy provedly co možná nejrychleji a aby by zajištěn plynulý chod programu, potřebuje jednotka CPU co možná nejrychlejší paměť. A právě nyní přichází ke slovu vyrovnávací paměť cache.
Vyrovnávací paměť cache tedy představuje dočasné úložiště pro data a nachází se přímo v jednotce CPU. Obecně vzato slouží ke zvýšení efektivity práce jednotky CPU tím, že uchovává často požadované bity dat. Tato data jsou pak v případě potřeby k dispozici prakticky okamžitě.
Vyrovnávací paměť cache se skládá z několika různých úrovní, které se označují zkratkami L1, L2, L3, a někdy i L4. Každá úroveň má jiné umístění, rychlost a velikost. Vyrovnávací paměť cache je skutečně extrémně rychlá a nachází se co možná nejblíže k jednotlivým jádrům jednotky CPU. Moderní a rychlé jednotky CPU tak nejsou čekáním na data z relativně pomalé operační paměti (RAM). Namísto toho načítají potřebná data přímo z vyrovnávací paměti cache.
Vyrovnávací paměť cache úrovně L1, která se rovněž označuje jako vyrovnávací paměť první úrovně, představuje sice kapacitně nejmenší, ale zato nejrychlejší úroveň paměti. Její velikost obvykle činí 64 KB na jádro, takže například čtyřjádrový procesor má celkem 256 KB této paměti.
Vyrovnávací paměť označovaná zkratkou L2, patří mezi vyrovnávací paměť druhé úrovně a nachází se rovněž v každém jednotlivém jádře výpočetní jednotky CPU. Téměř vždy má větší kapacitu než vyrovnávací paměť cache, nicméně pracuje pomaleji, i když stále výrazně rychleji než operační paměť RAM. U některých prémiových jednotek CPU můžete najít celkem až 32 MB vyrovnávací paměti L2, nicméně průměrně se jedná o 6 MB až 12 MB této paměti.
A co vyrovnávací paměť cache třetí úrovně, která se také označuje zkratkou L3? Ta je na rozdíl od vyrovnávacích pamětí L1 a L2, které jsou integrovány v každém jádře procesoru, sdílená. Zde se tedy nachází data, resp. paměťový fond, ke kterému má přístup celá jednotka CPU. Tato paměť je oproti vyrovnávacím pamětem L1 a L2 mnohem pomalejší – standardně je jen dvakrát rychlejší než operační paměť RAM. Zároveň je ze všech tří úrovní vyrovnávací paměti největší. Pokud procesor nenajde potřebná data v paměti cache, musí si je místo toho vyžádat z pomalejší systémové paměti. Tento stav se označuje výrazem cache miss.
Je možné nějakým způsobem vyrovnávací paměť ručně vymazat? V zásadě existují vyrovnávací paměti, které lze vymazat nebo pročistit – stejně jako například vyrovnávací paměť systému nebo internetového prohlížeče. Vyrovnávací paměť jednotky CPU však aktivně vymazat nelze. Důvod je zřejmý – jedná se totiž o tzv. volatilní paměť, což je paměť , která se při odpojení napájení vymaže.
Jakmile tedy počítač vypnete, obsah vyrovnávací paměti cache jednotky CPU se ztratí. Stejně jako u většiny typů paměti platí, že čím více vyrovnávací paměti cache jednotka CPU nabízí, tím lépe. Ovšem pozor na to, že vyrovnávací paměť cache nelze upgradovat, proto se nezapomeňte při výběru nové jednotky CPU podívat, zda vámi vybraná jednotka CPU má k dispozici dostatek této vyrovnávací paměti cache.
Obecně však hlavně záleží na to, k jakým aktivitám svůj počítač převážně používáte. Na druhou stranu hrají při výběru vhodné jednotky CPU daleko důležitější roli i jiné parametry, proto není vhodné se zaměřovat pouze na tento parametr. Daleko více totiž výkon jednotky CPU ovlivňují takové parametry, jako je taktovací frekvence, počet jader, počet vláken a celá řada dalších faktorů.
A jaká jsou doporučení ohledně kapacity jednotlivých vyrovnávacích pamětí cache? Co se týče vyrovnávací paměti cache úrovně L1, pak zde jako průměrnou hodnotu považovat 64 KB na jádro. Tento údaj snadno spočtete tak, že vydělíte celkovou kapacitu paměti L1 počtem jader nacházejících se ve vaší jednotce CPU. Co se týče vyrovnávací paměti cache úrovně L2, pak kapacita 256 KB na jádro je naprosto v pořádku, nicméně hráči počítačových her bez problémů využijí i 512 KB na jádro. Co se týče vyrovnávací paměti L3, pak pro naprostou většinu použití počítače vystačíte s jakoukoliv kapacitou v rozsahu mezi 32 a 96 MB.
Vyrovnávací paměť cache je naprosto nepostradatelnou součástí moderních výpočetních jednotek CPU. Jakkoliv vám mohou rozdíly mezi úrovněmi L1, L2 a L3 připadat na první pohled komplikované, v každém případě tyto paměti pomáhají maximalizovat efektivitu a výkon počítače. Pokud se tedy právě nyní nebo v nejbližší době chystáte nějakou tu výpočetní jednotku CPU zakoupit, nezapomeňte vzít v úvahu velikost vyrovnávací paměti cache, protože se bezesporu jedná o velmi důležitou charakteristiku celé architektury procesoru.
Získejte pro svůj produkt či službu ocenění IT produkt roku! Soutěž „IT produkt roku“ vyhlašuje redakce Computerworldu s cílem vyzdvihnout výrobky disponující vlastnostmi, které je významně odlišují od konkurenčních produktů stejné kategorie. Může přitom jít jak o celkově inovativní pojetí produktu, tak o jednotlivé funkční zdokonalení, výrazně zjednodušené ovládání nebo třeba o výjimečně příznivou cenu.
Soutěž probíhá ve třech samostatných kolech v kalendářním roce a každý postupující produkt či služba do jednoho ze tří finálových kol získává právo na titul IT produkt roku.
Máte-li zájem účastnit se soutěže IT produkt roku, neváhejte. Kontaktujte nás prosím na itprodukt@iinfo.cz.
O přihlášku a více informací si můžete napsat nebo zavolat na telefonech 776 204 420 nebo 604 266 707 či 725 326 893, případně na také na adrese itprodukt@iinfo.cz.
PŘEDPLATNÉ
ČLÁNKY DO MAILU