Nội dung chính
Bộ nhớ đệm trong CPU được gọi là gì ? Người ta thường gọi bộ nhớ tồn tại trực tiếp trên bộ xử lý CPU máy tính là những bộ nhớ đệm. Vì vậy việc lưu trữ càng nhiều bộ nhớ đệm thì sẽ hỗ trợ tốt nhất cho máy tính hay không? Trong chuyên mục bài viết ngày hôm nay làm web xin được chia sẻ những thông tin về bộ nhớ đệm hay bộ nhớ Cache mà người dùng máy tính hay điện thoại thường tìm thấy trong phần thông tin kỹ thuật về sản phẩm điện tử mà mình chọn mua.
Bộ nhớ đệm trong CPU được gọi là gì ?
Đó là một thuật ngữ chuyên ngành công nghệ thông tin để nhắc đến bộ nhớ tồn tại trực tiếp trên bộ xử lý CPU máy tính thường gọi là cache. Đối với thiết bị máy tính thì bộ nhớ đệm cache là nơi lưu trữ dữ liệu liên quan đến các nhân xử lý của CPU.
Bộ nhớ đệm trong CPU cache có tốc độ trích xuất và truyền tải thông tin nhanh nhưng mà dung lượng thấp. Cache đóng vai trò như là một nơi lưu trữ tạm thời những lệnh mà CPU cần xử lý.
Đó là những lệnh bao gồm các thao tác mà người dùng thường sử dụng trên máy tính từ việc soạn thảo văn bản đơn giản cho đến việc tải các game có dung lượng cao. Thông thường thì các lệnh này sẽ được xếp hàng chờ CPU xử lý.
Cho nên bộ nhớ đệm cache càng lớn thì sẽ chứa đựng được nhiều lần hơn. Vì vậy sẽ làm tăng hiệu suất làm việc và rút ngắn thời gian chờ đợi của người dùng máy tính.
03 loại cache hỗ trợ cho CPU phổ biến nhất hiện nay
Đó là các loại cache L1, L2 và L3. Trong quá trình CPU xử lý các lệnh lưu trữ trên bộ nhớ đệm thì cache L1 sẽ kiểm tra xem cache L2 có những gì mình cần hay không có lệnh của người dùng đang chờ xử lý hay không ?
Sau đó cache L2 sẽ tiếp tục lấy thông tin từ cache L3. Điều này thường xảy ra ở những laptop đã được hỗ trợ thêm cache L3. Tất cả những lệnh này đều được lấy từ ổ RAM hay ổ cứng của laptop.
Những lệnh hay thông tin mà người dùng cung cấp cho bộ nhớ đệm trong CPU có thể là một cú click chuột vào các chương trình hay ứng dụng phần mềm. Hệ thống sẽ ghi nhận thông tin chuyển đến cho bộ nhớ đệm bằng một quá trình ghi nhận nhanh chóng mà người dùng có thể không cảm nhận được.
Dung lượng của các loại bộ nhớ đệm cache tùy theo lavabo bộ nhớ và tốc độ. Tốc độ xử lý cao nhất của cache là 8GT/s.
- Cache L1 có dung lượng nhỏ từ 8KB đến 32 KB nhưng có tốc độ nhanh nhất.
- Cache L2 có dung lượng trung bình từ 256KB cho đến 8M thấp hơn cache L1.
- Cache L3 cũng có dung lượng khoảng vài trăm MB lớn nhất trong các loại bộ nhớ đệm có tốc độ truyền tải dữ liệu thấp nhất.
Trong CPU người ta sử dụng rất nhiều cache liên quan đến chi phí và tốc độ của việc sử dụng laptop hay máy tính. Bởi vì tốc độ càng nhanh thì chi phí sản xuất càng cao và dung lượng dữ liệu cũng nhỏ đi.
Cho nên để đảm bảo việc truyền tải dữ liệu được nhanh chóng, người ta sẽ phân biệt cache thành nhiều level khác nhau. Nếu dữ liệu không có trong L1 thì CPU sẽ tiếp tục tìm kiếm trong L2 hoặc L3. Nếu không có nữa thì sẽ tìm kiếm ở trên RAM hoặc HDD SSD
L1 là loại cache nhanh nhất là nơi đầu tiên mà CPU sẽ đi tìm dữ liệu ở đó để tính toán. Người ta chia L1 làm hai loại cache để chứa lệnh và cache chứa dữ liệu. Mặc dù cache L2 có tốc độ chậm hơn L1 nhưng cache L2 vẫn nhanh hơn RAM 25 lần cache L1 thì nhanh hơn RAM đến 100 lần. Cache L3 sở hữu con chip 64MB có thể ứng dụng công nghệ xếp chồng lên nhau để đạt được mức 192MB nhằm cải thiện hiệu năng game thêm 15% mà không cần phải điều chỉnh về phần mềm.
Có phải bộ nhớ đệm cache càng nhiều thì máy tính càng hoạt động nhanh hay không ?
Cache và RAM đều là bộ nhớ lưu trữ tạm thời của hệ thống máy tính. Trong đó thì tốc độ kết thúc dữ liệu hay thông tin cũng nhanh hơn so với RAM gắn trên bo mạch chủ nhiều lần. Bộ nhớ cache trích xuất lệnh mà người dùng thực hiện từ ram để cung cấp cho CPU xử lý.
Đó là những tập lệnh cần được sắp xếp tự động và chờ CPU lấy rồi tính toán. Cho nên bộ nhớ đệm cache càng lớn thì dữ liệu được lưu trữ càng nhiều để CPU trích xuất nhanh hơn. Vai trò của cache là đảm bảo CPU luôn luôn nhận được dữ liệu một cách nhanh chóng và không bị gián đoạn.
Bởi vì khả năng tính toán nhận và truyền tải thông tin của CPU nhanh gấp nhiều lần so với tốc độ của ổ cứng hay RAM. Vì vậy CPU càng nhiều thì quá trình xử lý của hệ thống máy tính đặc biệt là CPU càng nhanh hơn.
Vị trí của cache trong cấu tạo CPU
Trong bộ nhớ của máy tính không chỉ có RAM, ổ SSD, ổ cứng mà còn có bộ nhớ ca trê ảnh hưởng đến tốc độ nhanh hay chậm của máy tính đặc biệt là việc phải game có hiệu năng tốt hay không ?
Bộ nhớ đệm cache được phát minh vào những năm thập niên 1980 có tốc độ cao và nhanh hơn RAM có thể hoạt động bằng với CPU. Bộ nhớ đệm cache chứa dữ liệu mà CPU cần để xử lý mà không cần thông qua ổ cứng tốn kém thời gian.
Trong cấu trúc máy tính có nhiều layer bộ nhớ, trong đó lớp chậm nhất là lớp lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn gọi là persistent storage hay secondary storage. Lớp layer này có chi phí thấp dung lượng cao như SSD, HDD.
Lớp RAM chứa dữ liệu để CPU vào lấy để tính toán có tốc độ nhanh hơn cho nên chi phí sản xuất cũng tăng. RAM được cấu thành từ nhiều kiếp thuộc loại dynamic ram DRAM.
Lớp cache nhanh hơn cả ram và thường nằm trên đế của CPU với những con chip hiện đại. Xét về khoảng cách địa lý thì lớp cache ở gần CPU giúp cho cache có thể trao đổi dữ liệu cực kỳ hiệu quả.
Cache còn nằm trên cùng đế chip với các nhân xử lý nên rút ngắn thời gian gửi nhầm tín hiệu. Cache sử dụng bộ nhớ static RAM còn gọi là SRAM có tốc độ cao hơn so với DRAM và cũng ít điện hơn.
Cache L1 và L2 thường nằm trên từng nhân CPU, cache L3 trong các CPU hiện đại thường được chia sẻ chung giữa các nhân với nhau.
Dung lượng cache trên mỗi CPU đều khác nhau nên tốc độ của chuỗi dữ liệu máy tính đi qua cũng có tỉ lệ khác nhau. Hiện tại thì những bộ xử lý CPU phổ biến của các hãng Intel và AMD như sau :
– CPU Intel Core i3 9100F, i3 10100 – 6MB.
– CPU Intel Core i5 9400F – 9MB.
– CPU Intel Core i5 10400, i7 9700 – 12MB.
– CPU Intel Core i7 10700, i9 9900K – 16MB.
– CPU Intel Core i9 10900K – 20MB.
– AMD Ryzen 3 2300X – 10MB.
– AMD Ryzen 3 3100, Ryzen 3 3300X, Ryzen 3 5100X – 18MB.
– AMD Ryzen 5 3500 – 19MB.
– AMD Ryzen 5 3600, Ryzen 5 5600X – 35MB.
– AMD ryzen 7 3700X, Ryzen 7 5800X – 36MB.
– AMD Ryzen 9 3900X, Ryzen 9 5900X – 70MB.
– AMD Ryzen 9 5950X – 72MB.
Nguyên lý hoạt động của cache trong CPU
Nguyên tắc hoạt động của CPU là lấy dữ liệu để tính toán mỗi khi CPU thực hiện một phép tính thì phải trải qua một chu machine cycle. Trong các bước trên thì đoạn Fetch chính là lúc CPU sẽ lấy dữ liệu cần tính toán và thực hiện các lệnh để biết nó cần làm gì với dữ liệu đó.
Khi máy tính thực hiện phép tính a + b, CPU từ lấy dữ liệu a và b cùng với lệnh ADD để cộng hai số này lại.
CPU sẽ lấy dữ liệu này từ phần mềm đã được gửi dữ liệu trong gram nên CPU sẽ lấy từ RAM lên. Nhưng vì tốc độ của CPU quá nhanh nó có thể thực hiện hàng triệu triệu phép tính trong mỗi giây. Vì vậy tốc độ dữ liệu lấy từ ram không thể đáp ứng được tốc độ cần lấy dữ liệu của CPU. Người ta sẽ nghĩ đến việc bổ sung thêm một số bộ nhớ tốc độ cao vào giữa CPU và RAM.
Nguyên tắc hoạt động của CPU là sẽ lấy dữ liệu đầu tiên trong bộ nhớ register nằm trong nhân của CPU. Nếu không có dữ liệu trong nhân thì CPU sẽ tiếp tục tìm trong cache. Và nếu không có dữ liệu trong cache thì CPU sẽ tiếp tục tìm dữ liệu trong RAM, SSD hoặc HDD.
Việc tìm kiếm của CPU như vậy sẽ làm giảm tốc độ bởi vì bản chất của các loại chip nhớ cũng theo khoảng cách từ bộ nhớ đến CPU. Vì vậy CPU sẽ cố gắng đó xem ở bước tiếp theo nó cần dữ liệu nào để đưa trước vào cache hay register.
Nhờ thế mà CPU không phải lội ngược dòng tìm kiếm và làm giảm tốc độ tính toán của mình. Đây là quá trình prediction xảy ra khi máy tính cần tính a + b thì phần mềm sẽ làm nhiệm vụ đưa lệnh và đưa dữ liệu vào RAM. Sau đó bộ điều khiển memory controller sẽ đưa tiếp dữ liệu vào cache.
Lời kết :
Bộ nhớ đệm trong CPU được gọi là gì ? Cache là một trong những tiêu chuẩn mà người dùng lựa chọn mua máy tính có tốc độ nhanh và phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Tuy không phải là yếu tố quyết định cho mức giá của các loại CPU mà bộ nhớ đệm hay bộ nhớ cache trên CPU sẽ hỗ trợ tích cực cho người dùng trong việc sử dụng máy tính cấu hình cao khi học tập, thiết kế đồ họa hay giải trí đỉnh cao với những tựa game đang thịnh hành trên thị trường hiện nay.
