Quanto è importante una cache del processore?

Agli albori dell'informatica, tutto funzionava un po 'più lentamente di quello che vediamo oggi. Questo non solo perché le unità di elaborazione centrale dei computer, le CPU, erano lente, ma anche perché le prestazioni dipendevano in gran parte dalla memoria limitata.

Con l'accelerazione dei microprocessori, la memoria rimaneva ancora lenta, motivo per cui divenne necessario creare qualcosa chiamato "cache" per colmare quel divario. Senza una cache, il tuo sistema funzionerebbe molto più lentamente.

Cache della CPU e Memoria

Potresti pensare che quello che fai sul tuo computer sia imprevedibile, ma la verità è che la tua attrezzatura ti conosce meglio di quanto pensi. Una CPU acquisisce le informazioni utilizzate di frequente dalla memoria principale in una cache, a cui è quindi possibile accedere senza dover tornare alla memoria principale del computer ogni volta che si esegue un'attività.

Un riscontro nella cache significa che il tuo sistema è stato in grado di recuperare con successo le informazioni necessarie da questo archivio. Tuttavia, occasionalmente il tuo sistema subirà un errore nella cache , il che significa che non è stato in grado di recuperare i dati dalla cache e invece doveva andare da qualche altra parte per ottenerlo. Fortunatamente, ci sono diversi tipi di cache, il che significa che il tuo sistema non deve fare gli straordinari semplicemente perché le informazioni non sono state immediatamente recuperabili.

Località di riferimento

Il concetto di cache del processore rientra in un processo informatico più generale chiamato località di riferimento. La località di riferimento si riferisce alla capacità del software di fare riferimento a un sottoinsieme di posizioni di memoria per un determinato periodo di tempo. In genere, queste posizioni sono vicine l'una all'altra. Questo viene fatto tramite istruzioni scritte come loop e chiamate di subroutine.

Esistono due modi in cui i dati si spostano dalla memoria principale alla memoria cache di un computer. Con la località temporale , il computer sa che le informazioni verranno presto utilizzate, quindi vengono archiviate nella memoria cache per facilitarne il recupero. L'altro modo è la località spaziale , che si riferisce a una situazione in cui le informazioni vengono recuperate, ma presto potrebbero essere necessari anche i dati vicini.

Diversi livelli di cache

I computer di oggi hanno vari livelli di cache, che è dove è importante denotare la differenza tra cache L1, L2 e L3 . Le prime CPU utilizzavano un solo livello di cache, ma con l'evoluzione della tecnologia è diventato necessario separare queste aree di recupero della memoria in modo che i sistemi potessero stare al passo. I tre livelli sono:

  • Cache L1: questa è la cache primaria. È veloce, ma è anche piccolo, quindi è limitato a ciò che può memorizzare. Di solito è incorporato nel chip del processore.
  • Cache L2 - Conosciuta anche come cache secondaria, la cache L2 può essere incorporata nel chip del processore o in un chip separato con un bus ad alta velocità che la collega alla CPU.
  • Cache L3: questa cache del processore è una memoria specializzata che può fungere da backup per le cache L1 e L2. Potrebbe non essere così veloce, ma aumenta le prestazioni di L1 e L2.

Determinazione delle prestazioni della memoria cache

I riscontri e gli errori nella cache possono effettivamente fornire ai professionisti IT informazioni sulle prestazioni di un computer. Monitorando la memoria cache nel microprocessore , puoi dare un'occhiata al rapporto di successo per vedere dove le prestazioni potrebbero essere in ritardo. Questo viene fatto utilizzando la seguente formula: rapporto hit = hit / (hit + miss) = numero di hit / accessi totali.

Se il rapporto di successo è disattivato, ci sono alcune cose che puoi fare per migliorare le prestazioni della cache del tuo computer. È possibile utilizzare una dimensione di blocco della cache maggiore , utilizzare un'associatività maggiore, ridurre la percentuale di errori del computer o la penalità per errori o ridurre il tempo per colpire nella cache.

Aumentare la memoria cache

Se hai notato che il tuo computer funziona lentamente, potresti voler aumentare la memoria cache. Questo viene fatto aggiornando la CPU e i chip della cache. Naturalmente, il modo più semplice per farlo è semplicemente acquistare un nuovo computer, ma se altrimenti funziona perfettamente, potrebbe valere la pena di un aggiornamento parziale.

Di solito, l'unico modo per migliorare la memoria cache è sventrare il computer; scoprirai che la maggior parte delle schede madri non supporta l'aggiornamento della CPU. Tuttavia, se hai una scheda madre più vecchia, potrebbe avere slot che ti consentono di inserire semplicemente una cache L2 o L3 a capacità maggiore.

Altre cache

Anche il modo in cui viene mappata una memoria cache nel microprocessore si è evoluto nel corso degli anni. Inizialmente, i computer utilizzavano l' architettura write-through , il che significava che quando i dati andavano nella cache, venivano aggiornati automaticamente anche nella RAM del computer. Tuttavia, questo tendeva a rallentare le cose anche se riduceva il rischio di perdita di dati.

I computer di oggi sono costruiti in modo che la RAM non venga aggiornata immediatamente quando i dati vengono scritti nella cache. Tali dati vengono memorizzati nella cache del processore, quindi inviati in seguito alla RAM a intervalli pianificati. Se i dati sono vecchi o mancanti, la RAM potrebbe prelevare gli aggiornamenti dalla cache per ridurre al minimo i rischi, ma in caso contrario, rimane nella cache per mantenere il computer alla massima velocità operativa.

Mappatura della memoria cache

Oltre alla gerarchia L1, L2 e L3, la cache della CPU utilizza anche configurazioni per controllare la modalità di scrittura dei dati. Esistono tre diversi tipi di configurazioni:

  • Cache mappata direttamente : con questa configurazione, ogni blocco viene mappato su una posizione della cache, specificata in anticipo.
  • Mappatura cache completamente associativa : questa configurazione è simile alla struttura della cache mappata direttamente, ma un blocco può essere mappato su qualsiasi posizione piuttosto che su una posizione cache specifica.
  • Imposta mappatura cache associativa : rientra tra i due estremi della mappatura cache mappata direttamente e completamente associativa. Sebbene la mappatura sia predefinita, ogni blocco viene mappato a un sottoinsieme di varie posizioni della cache, invece di averne solo uno designato.

Spegnimento e memoria

Se sai qualcosa sulla memoria ad accesso casuale o RAM, sai che memorizza temporaneamente le informazioni. Più RAM ha il tuo computer, meno lavoro deve fare la tua CPU per eseguire le attività, il che previene rallentamenti indesiderati. Esistono due tipi principali di RAM su un computer: RAM dinamica (DRAM) e RAM statica (SRAM).

È probabile che il tuo sistema funzioni su DRAM, che è il tipo prevalente poiché SRAM è più costoso. Ogni cella di memoria nella DRAM ha un circuito con un transistor e un condensatore, con il condensatore che memorizza ogni bit di dati. Per conservare i dati, la DRAM deve aggiornarsi ogni pochi millisecondi, poiché le informazioni tendono a fuoriuscire dai condensatori.

Cache e memoria principale

Come la DRAM, la cache della CPU perde la sua memoria quando si spegne il computer. Riaccendilo e la cache inizierà a raccogliere informazioni da zero.

Tuttavia, ci sono alcune differenze tra DRAM e cache della CPU:

  • Troverai la DRAM sulla scheda madre, con la CPU che vi arriva tramite una connessione bus.
  • La memoria cache è solitamente il doppio della velocità della DRAM.
  • A differenza della DRAM, che deve essere aggiornata frequentemente, la cache non necessita di aggiornamento .

Cache contro memoria virtuale

Quando senti parlare di qualcosa chiamato "memoria virtuale", potresti confonderlo con la cache. La memoria virtuale è qualcosa che il sistema operativo genera per prevenire la perdita di dati a causa della mancanza di memoria fisica in un dato momento. Questo è diverso dalla cache in quanto il sistema operativo sposta i dati inattivi dalla RAM del sistema alla memoria su disco.

La memoria virtuale consente a un computer di eseguire più programmi separatamente senza rischiare la perdita di dati. Il sistema operativo non solo sposta i dati nella memoria, ma collega anche la memoria attiva alla memoria inattiva su quei dischi per mantenere tutto funzionante in modo efficiente. Tu, utente finale, non sei mai consapevole di tutto ciò che sta accadendo.

Accelerare il tuo computer esistente

Se trovi che il tuo computer è lento, ci sono alcune cose che puoi fare senza dover acquistare un nuovo computer o scavare troppo nel funzionamento interno di quello che hai. Se stai riscontrando rallentamenti, potrebbe semplicemente essere che ti manca una RAM sufficiente per gestire le varie attività che stai cercando di far eseguire al tuo computer.

Quando spegni il computer, la cache del processore e la RAM si esauriscono completamente. Il riavvio del computer può riparare istantaneamente qualsiasi problema relativo alla memoria. Se sei una delle tante persone che si riavvia raramente, i tuoi problemi di prestazioni in corso potrebbero essere risolti semplicemente impostando un'ora ogni giorno per riavviare il computer.

Puoi controllare l'utilizzo della memoria nel Task Manager di Windows o nel Monitoraggio delle attività del Mac. Avere un'idea di cosa sta succedendo dietro le quinte può essere un ottimo modo per decidere cosa devi fare per iniziare la performance. Potrebbe semplicemente essere una questione di una determinata applicazione in esecuzione in background, che consuma troppa memoria. L'eliminazione o l'impostazione di tale applicazione in modo che non si apra all'avvio può risolvere il problema in pochi passaggi.

Acquisto di un nuovo computer

Se stai acquistando un nuovo computer, puoi ottenere il massimo vantaggio possibile cercando un dispositivo con molta RAM. Più RAM ha il tuo sistema, più programmi puoi eseguire contemporaneamente senza influire sulle prestazioni. Ciò è particolarmente vero se partecipi ad attività ad alta intensità di memoria come lo streaming video e i giochi.

La tua CPU influirà anche pesantemente sulle prestazioni del tuo computer. Un processore Intel o AMD è il modo migliore per farlo. Gli esperti consigliano un processore Intel Core di nona generazione se hai intenzione di giocare, con un AMD Ryzen 2000 che funziona bene se prevedi di fare l'editing video. Se stai solo eseguendo attività standard, uno di questi probabilmente darà un buon impulso alla memoria cache del tuo microprocessore.

Installazione di più RAM

Se vuoi semplicemente aumentare le prestazioni, più RAM è uno dei modi più semplici per dare al tuo computer un aiuto. Innanzitutto, dovrai verificare che la tua scheda madre supporti la velocità e le dimensioni della RAM che utilizzerai, nonché il tipo di RAM che è. Probabilmente sarai al sicuro con la RAM che è DDR4 e varia da 2.133 MHz a 4.700 MHz . I PC più vecchi spesso arrivano solo fino a DDR3, quindi potrebbe essere necessario investire in moduli più vecchi se si desidera rimanere con la scheda madre attuale.

Ecco i passaggi da eseguire per installare più RAM:

  • Spegnere il sistema e rimuovere il cavo di alimentazione. Scollega tutti gli altri cavi dal retro del computer.
  • Rimuovi il pannello laterale in modo da poter accedere più facilmente agli slot RAM all'interno del tuo computer.
  • Espelli tutta la RAM attualmente installata.
  • Installa la nuova RAM allineando i bordi con gli slot della scheda madre e premili in posizione con una spinta decisa. Dovrebbe andare abbastanza facilmente in questo modo. In caso contrario, potrebbe essere necessario girarli dall'altra parte.
  • Muovi i bastoncini della RAM una volta fissati in posizione per assicurarti che siano completamente inseriti.
  • Riposiziona il pannello laterale e reinserisci tutti i cavi, compreso il cavo di alimentazione.
  • Avvia il tuo sistema. Verificare che il sistema stia registrando la nuova quantità di RAM.