Què és la memòria cau l1, l2 i l3 i com funciona

Has sentit parlar alguna vegada de la memòria cau L1, L2 i L3? Segurament sí, però si no estan segur del que realment signifiquen aquests nivells de memòria cau, en aquest article anem a tractar d'explicar-te tot el millor possible. A partir d'ara entendràs millor les característiques de memòria d'un processador.

Ja sabràs que un dels components més importants d'un ordinador és la seva memòria, parlem per descomptat de la memòria RAM, aquella on tots els programes i sistema operatiu es carrega perquè siguin utilitzats pel processador ni necessitat d'haver d'accedir a el disc dur.

La memòria RAM és molt més ràpida que un disc dur, sobretot que els discos mecànics. Però encara hi ha una memòria més ràpida en el nostre ordinador, concretament dins del nostre processador, i aquesta és la memòria cau, que és a què veurem avui.

Índex de continguts

Què és la memòria cau d'una CPU

El primer que haurem de saber és en què consisteix la memòria cau en general. Com ja hem dit, dins d'un PC hi ha diversos tipus de memòria i precisament la memòria cau serà la més ràpida de totes.

Els nivells d'emmagatzematge

Per començar, en el primer esglaó tindrem l'emmagatzematge primari, el qual sense dubte són els discos durs. En ells s'emmagatzema tota la informació de forma permanent, a partir d'ella el sistema operatiu fa un PC funcional. És la memòria més lenta, des d'uns 150 MB / s en un HDD (disc dur mecànic) fins als impressionants 3.500 MB / s dels SSD (unitat en estat sòlid) més ràpids de l'mercat.

En segon lloc, tindrem la memòria d'accés aleatori o memòria RAM. És una memòria en estat sòlid més petita, que no és capaç d'emmagatzemar dades de manera permanent i que fa de passarel·la entre el disc dur i el processador. Ofereix una velocitat major als 30.000 MB / s en les DDR4. La memòria també es denomina DRAM (Dynamic RAM) perquè necessita actualitzar-se constantment per no perdre la informació.

El tercer nivell, el més ràpid

I per fi arribem a la qual es troba en el cim, la memòria cau. Es tracta d'una memòria molt petita que està instal·lada dins de propi microprocessador i de tipus SRAM (Static RAM). És molt més cara de fabricar que la memòria RAM normal, i pot contenir dades sense necessitat d'actualitzar-se constantment.

El fet d'estar instal·lada dins de la CPU la fa ser la més propera als nuclis de processament, i és per això que ha de ser endimoniadament ràpid. De fet, arriba a velocitats de més de 200 GB / si latències d'uns 10 o 11 ns (nanosegons). La memòria cau s'encarrega d'emmagatzemar les instruccions que imminentment seran processades per la CPU, perquè aquest pugui accedir-hi de la forma més ràpida possible.

Al seu torn, la memòria cau es divideix en diversos nivells, cada un d'ells més ràpids, més petits i més propers a el processador. Actualment els processadors compten amb un total de tres nivells de memòria cau al seu interior. Abans d'entrar en això, anem a veure de forma ràpida com funciona una memòria cau.

Com funciona la memòria cau

Potser no ho sàpigues, però pràcticament tots els perifèrics i elements d'un ordinador compten amb la seva pròpia memòria cau, per exemple, els propis discos durs, la impressora, i per descomptat les GPU de les targetes gràfiques. I la funció de totes elles, inclosa la d'una CPU serà la mateixa.

Com sabem, un ordinador és "intel·ligent" gràcies a el sistema operatiu i als seus programes. Cadascun d'aquests programes està creat a partir d'un llenguatge de programació, que al seu torn són un conjunt d'instruccions que han de ser executades de forma ordenada en la CPU. Diem de forma ordenada perquè és en aquest punt on cobra sentit el establir diferents nivells d'emmagatzematge.

Les dades es troben emmagatzemades de forma fixa en els discos durs, però com són tan lents i estan "tan lluny" de la CPU, aquests es carreguen abans en la memòria RAM, un emmagatzematge molt més ràpid i només utilitzat per als programes que estan en funcionament.

El controlador de memòria entra en joc

Però encara no és suficient, pel fet que les CPU de l'actualitat són tan ràpides i capaços d'executar milions d'operacions en cada segon en cada nucli, entre la memòria cau. Dins de la CPU ha un controlador de memòria, que bàsicament es tracta del que abans es deia pont nord o north bridge i que era un xip instal·lat a la placa base. Doncs aquest controlador de memòria ara està dins de la CPU i s'encarrega de prendre de la memòria RAM les instruccions que van a ser executades, i també de retornar els resultats de l'cicle de processament.

Però és que a més hi ha dos tipus de busos que s'encarreguen de comunicar la CPU amb la memòria RAM, es diuen bus de dades i bus d'adreces:

• Bus de dades: són bàsicament les pistes per on circulen les dades i instruccions. Hi haurà un bus de dades que comunica la memòria RAM, la memòria cau i nuclis entre si. Bus d'adreces: és un canal independent per on la CPU demana l'adreça de memòria on es troba la dada. Les instruccions es guarden en cel·les de memòria, les quals tenen una direcció, i tant la memòria RAM, la memòria cau i CPU han de conèixer-la per situar la dada en qüestió.

La memòria cau L1, L2 i L3

A hores d'ara, ja entenem de forma bastant aproximada com funciona l'emmagatzematge en un PC, i com funciona la memòria cau. Però hem de saber que hi ha una memòria cau L1, L2 i L3 dins de la CPU, sembla mentida que d'aquí a una cosa tan petita càpiguen tantes coses oi? Doncs aquests tres nivells de memòria cau atenen a una jerarquia de velocitat i per descomptat, de capacitat.

Memòria cau L1

La memòria cau L1 és la configuració més ràpida, la que es troba més a prop dels nuclis. Aquesta emmagatzema les dades que immediatament van a ser usats per la CPU, i és per això que les velocitats estan al voltant dels 1150 GB / s i la latència en tan sols 0, 9 ns.

La mida d'aquesta memòria cau està al voltant dels 256 KB en total, encara que segons la potència de la CPU (i cost) serà menor o major, de fet, els processadors de Workstation com l'Intel Core i9-7980 XE compten amb uns 1152 KB en total.

Aquesta memòria cau L1 es divideix en dos tipus, la memòria cau L1 de dades i la memòria cau L1 d'instruccions, la primera s'encarrega d'emmagatzemar les dades que es processaran i la segona emmagatzema la informació sobre l'operació a realitzar (suma, resta, multiplicació, etc).

A més, cada nucli compta amb les seves pròpies memòries cau L1, així que, si tenim un processador de 6 nuclis, tindrem 6 memòria cau L1 dividides en L1 D i L1 I. En els processadors Intel cadascuna d'elles són de 32 KB, i en els processadors AMD també són de 32 KB o 64 KB a la L1 I. Per descomptat variaran segons la qualitat i potència, com sempre.

Memòria cau L2

La següent que trobem serà la memòria cau L2 o de nivell 2. Aquesta té més capacitat d'emmagatzematge, tot i que serà una mica més lenta, d'uns 470 GB / si 2, 8 ns de latència. La mida d'emmagatzematge sol variar entre els 256 KB i els 18 MB. Ja veiem que són capacitats considerables per a les velocitats que fem servir.

S'hi emmagatzemen les instruccions i dades que aviat seran utilitzades per la CPU i en aquest cas no està dividida en Instruccions i dades. Però sí que tenim una memòria cau L2 per cada nucli, al menys és així en els processadors més rellevants. Per cada nucli, sol haver 256, 512 o fins a 1024 KB.

Memòria cau L3

Finalment ens trobarem amb la memòria cau L3, la qual té un espai dedicat per a ella en el xip de l'processador. Serà la més gran i també la més lenta, parlem de més de 200 GB / si 11 ns de latència.

En l'actualitat un processador que es preï va a tenir a l'almenys 4 MB de memòria cau L3, i es pot veure unitats de fins a 64 MB. La L3 es reparteix normalment en uns 2 MB per cada nucli, però diguem que no està dins de cada nucli, així que hi ha un bus de dades per a comunicar-s'hi. D'aquesta bus i de el propi de la memòria RAM depèn en gran mesura la solvència i velocitat d'una CPU, i és on Intel treu el seu poder enfront de AMD.

Com conèixer la memòria cau L1, L2 i L3 del meu processador

Doncs una de les formes més ràpides de conèixer aquesta informació és descarregar l'eina CPU-Z, la qual és completament gratuïta i et proporcionarà una informació molt completa sobre la CPU. Fins i tot els tres nivells i la quantitat d'emmagatzematge de cadascuna. Podràs descarregar-la des de la seva pàgina web oficial.

També podries posar la marca i model en el navegador i dirigir-te a la pàgina de fabricant, encara que normalment només proporcionen informació sobre la memòria cau L3. Per descomptat, en totes nostra review de processadors donem informació completa sobre la memòria cau de cada CPU i realitzem benchmarks del seu rendiment.

Latència, ample de bus i la manca de memòria cau

Hem entès que les dades flueixen des del disc dur fins al nucli de processament a través de tots els nivells de memòria. On primer busca el processador la següent instrucció a processar, és a la memòria cau, un sistema de qualitat hauria de es saber ubicar correctament les dades en funció de la seva importància per així reduir a l'màxim els temps d'accés a ells, el que es diu latència.

La latència és llavors, el temps que es triga a accedir a les dades des de la memòria. Com més lluny i més lenta, més latència i més temps haurà d'esperar la CPU seu següent instrucció. Així quan una instrucció no està situada a la memòria cau, el processador ha de buscar-se directament en la memòria RAM, a això se li denomina falta de memòria cau o memòria cau miss, és llavors quan s'experimenta un PC més lent.

L'ample de bus també és de gran importància per a la velocitat, ja que aquest marca la capacitat per a transferir grans blocs de dades des de la memòria a la CPU. Tant CPU com memòria RAM són de 64 bits, però la funció de Dual Channel és capaç de doble aquesta capacitat a 128 bits perquè la transferència entre aquests elements tingui més capacitat.

Conclusió sobre la memòria cau L1, L2 i L3

Sempre ens fixem molt en la quantitat de nuclis i la velocitat d'un processador, és clar que determina en gran mesura la velocitat total d'aquest. Però un element que de vegades no sol ser tingut en compte és la memòria cau, i és fonamental a l'hora de tenir un processador potent.

Tenir una CPU de 6 nuclis amb 4 o 16 MB de memòria cau L3 per exemple, serà molt significatiu a l'hora de mesurar el seu rendiment, sobretot quan tenim múltiples programes oberts. Així que, a partir d'ara, fixeu-vos bé en aquest apartat quan decidiu comprar un processador, perquè no tot depèn de la freqüència.

Tenim més tutorials interessant sobre aquest tema, així que aquí els deixem:

També et recomanem les nostres guies actualitzades de maquinari:

Esperem que tota aquesta informació t'hagi estat d'utilitat per saber més sobre els processadors i la memòria cau. Si tens dubtes pots preguntar-nos en la caixa de comentaris. Ens veiem en el següent tutorial!