Процессор, кэш-память и системная шина

Главным компонентом компьютера, безусловно, является центральный процессор. Он управляет работой всех частей компьютера, производит все вычисления, определяет общее быстродействие. Как правило, это самый высокоскоростной компонент — частота работы современных моделей зачастую превосходит 3 ГГц. Впрочем, быстродействие процессора зависит не столько от частоты, на которой он работает, сколько от его архитектуры.

В классическом варианте «общение» с остальными устройствами процессор осуществляет посредством системной шины (подробности в статье «Функциональная схема работы компьютера»). К сожалению, все остальные компоненты способны вести обмен данными со скоростями, заметно меньшими, чем допускает вычислительная мощность процессора, это и обуславливает намного более низкую частоту системной шины. Чтобы избежать непродуктивных задержек, в процессоре имеется высокоскоростная кэш-память. Она содержит наиболее часто использовавшиеся за последнее время данные и инструкции, а также информацию, которая может потребоваться в ближайшее время. В результате обращение к находящимся в кэше данным и инструкциям практически не вызывает дополнительных тактов ожидания. И только если необходимая информация отсутствует, она запрашиваются из оперативной памяти или от других устройств.

Современные процессоры AMD (начиная с Athlon 64), новое семейство процессоров Intel (Core i7), функционируют несколько иначе — «общение» с оперативной памятью происходит напрямую, минуя системную шину. Это позволяет существенно сократить задержки при получении и записи данных и инструкций, но, все равно, без кэш-памяти не обойтись.

В большинстве массовых моделей кэш-память является двухуровневой: сверхбыстрая кэш-память небольшого объема первого уровня и несколько более медленная, но и заметно большего объема, кэш-память второго уровня. И если обращение к первой действительно происходит с минимальными задержками, то получение данных или инструкций из кэш-памяти второго уровня сопряжено пусть с небольшими, но все же простоями процессора. Но это все равно существенно быстрее, чем запрашивать информацию из оперативной памяти.

Некоторые процессоры (в частности, семейство AMD Phenom, Intel Core i7) оснащены трехуровневой кэш-памятью. Кэш-память третьего уровня еще медленнее, нежели кэш-память второго уровня, но, все равно, она заметно быстрее оперативной памяти. Да и объем ее нередко существенно превосходит объем кэш-памяти второго уровня.

Еще одним аспектом, определяющим общее быстродействие процессора, является количество ядер. Изначально все процессоры для персональных компьютеров были одноядерными, но в настоящий момент подобное решение сохранилось только в самых бюджетных моделях. Процессоры для массового рынка состоят, как минимум, из двух ядер. По большому счету, многоядерные процессоры работают аналогично своим одноядерным «собратьям», только способны параллельно выполнять два и более независимых потока инструкций. Возможные нюансы связаны с кэш-памятью второго и (или) третьего уровня. Она может быть как общей для всех ядер, так и индивидуальной у каждого ядра (или группы ядер). Первый вариант предпочтительнее с точки зрения производительности, зато второй — проще в реализации.

Поскольку связка процессор — кэш-память — системная шина во многом определяет быстродействие компьютера, при конфигурировании BIOS Setup необходимо обратить особое внимание на те опции, которые позволяют настроить частоту системной шины процессора и выбрать режимы функционирования кэш-памяти. Часто можно указать и коэффициент умножения процессора (отношение частоты функционирования процессора к частоте системной шины), но полезность этой опции зависит от модели процессора — у большинства процессоров коэффициент умножения заблокирован, либо допускается только уменьшение значения.

Опубликовано 27.11.2008.