Quelle est l'importance d'un cache de processeur?

Au début de l'informatique, tout fonctionnait un peu plus lentement que ce que nous voyons aujourd'hui. Ce n'était pas seulement parce que les unités centrales de traitement des ordinateurs - les processeurs - étaient lentes, mais aussi parce que les performances reposaient fortement sur une mémoire limitée.

À mesure que les microprocesseurs accéléraient, la mémoire restait lente, raison pour laquelle il devenait nécessaire de créer quelque chose appelé «cache» pour combler cet écart. Sans cache, votre système fonctionnerait beaucoup plus lentement.

Cache CPU et Mémoire

Vous pensez peut-être que ce que vous faites sur votre ordinateur est imprévisible, mais la vérité est que votre équipement vous connaît mieux que vous ne le pensez. Un processeur capture les informations fréquemment utilisées de la mémoire principale dans un cache, auquel vous pouvez ensuite accéder sans avoir à retourner dans la mémoire principale de l'ordinateur chaque fois que vous effectuez une tâche.

Un accès au cache signifie que votre système a réussi à récupérer les informations dont vous aviez besoin à partir de ce stockage. Cependant, votre système subira parfois un échec de cache , ce qui signifie qu'il ne pouvait pas récupérer les données du cache et qu'il devait plutôt aller ailleurs pour les récupérer. Heureusement, il existe différents types de cache, ce qui signifie que votre système n'a pas à faire d'heures supplémentaires simplement parce que les informations n'étaient pas immédiatement récupérables.

Localité de référence

Le concept de cache processeur s'inscrit dans un processus informatique plus général appelé localité de référence. La localité de référence fait référence à la capacité du logiciel à référencer un sous-ensemble d'emplacements de mémoire pendant une période de temps définie. Généralement, ces emplacements sont proches les uns des autres. Cela se fait par des instructions écrites sous forme de boucles et d'appels de sous-programmes.

Il existe deux manières de déplacer les données de la mémoire principale vers la mémoire cache d'un ordinateur. Avec la localité temporelle , l'ordinateur sait que les informations seront bientôt utilisées, elles sont donc stockées dans la mémoire cache pour faciliter la récupération. L'autre moyen est la localité spatiale , qui fait référence à une situation où des informations sont extraites, mais des données proches peuvent également être nécessaires bientôt.

Différents niveaux de cache

Les ordinateurs d'aujourd'hui ont différents niveaux de cache, c'est là qu'il est important de noter la différence entre le cache L1, L2 et L3 . Les premiers processeurs n'utilisaient qu'un seul niveau de cache, mais à mesure que la technologie évoluait, il devenait nécessaire de séparer ces zones de récupération de mémoire afin que les systèmes puissent suivre le rythme. Les trois niveaux sont:

  • Cache L1 - Il s'agit du cache principal. Il est rapide, mais il est également petit, il est donc limité quant à ce qu'il peut stocker. Il est généralement intégré à la puce du processeur.
  • Cache L2 - Également connu sous le nom de cache secondaire, le cache L2 peut être intégré sur la puce du processeur ou sur une puce séparée avec un bus haute vitesse qui le connecte au processeur.
  • Cache L3 - Ce cache de processeur est une mémoire spécialisée qui peut servir de sauvegarde pour vos caches L1 et L2. Ce n'est peut-être pas aussi rapide, mais cela améliore les performances de vos L1 et L2.

Détermination des performances de la mémoire cache

Les hits et les échecs de cache peuvent en fait en dire long sur les performances d'un ordinateur. En surveillant la mémoire cache du microprocesseur , vous pouvez examiner le taux de réussite pour voir où les performances peuvent être en retard. Ceci est fait en utilisant la formule suivante: taux de succès = hit / (hit + miss) = nombre de hits / accès total.

Si le taux de réussite est désactivé, vous pouvez faire plusieurs choses pour améliorer les performances du cache de votre ordinateur. Vous pouvez utiliser une taille de bloc de cache plus élevée , utiliser une associativité plus élevée, réduire le taux d'échec de votre ordinateur ou la pénalité d'échec ou réduire le temps nécessaire pour accéder au cache.

Augmentation de la mémoire cache

Si vous avez remarqué que votre ordinateur fonctionne lentement, vous souhaiterez peut-être augmenter votre mémoire cache. Cela se fait en mettant à niveau votre processeur et vos puces de cache. Bien sûr, le moyen le plus simple de le faire est d'acheter un nouvel ordinateur - mais s'il fonctionne parfaitement, cela peut valoir la peine d'une mise à niveau partielle.

Habituellement, la seule façon d'améliorer votre mémoire cache est de vider votre ordinateur; vous constaterez que la plupart des cartes mères ne prennent pas en charge la mise à niveau de votre CPU. Cependant, si vous avez une carte mère plus ancienne, elle peut avoir des emplacements qui vous permettent de simplement glisser dans un cache L2 ou L3 de plus grande capacité.

Autres caches

La façon dont une mémoire cache dans un microprocesseur est mappée a également évolué au fil des ans. Au départ, les ordinateurs utilisaient une architecture à écriture directe , ce qui signifiait que lorsque les données étaient placées dans le cache, elles étaient également automatiquement mises à jour dans la RAM de l'ordinateur. Cependant, cela avait tendance à ralentir les choses même si cela réduisait le risque de perte de données.

Les ordinateurs d'aujourd'hui sont conçus de manière à ce que la RAM ne soit pas mise à jour immédiatement lorsque les données sont écrites dans le cache. Ces données sont stockées dans le cache du processeur, puis envoyées ultérieurement à la RAM à des intervalles planifiés. Si les données sont anciennes ou manquantes, la RAM peut récupérer ces mises à jour dans le cache pour minimiser les risques, mais sinon, elle reste dans le cache pour maintenir l'ordinateur à sa vitesse de fonctionnement maximale.

Mappage de la mémoire cache

En plus de la hiérarchie L1, L2 et L3, le cache CPU utilise également des configurations pour contrôler l'écriture des données. Il existe trois types de configurations:

  • Cache mappé direct - Avec cette configuration, chaque bloc est mappé à un emplacement de cache, spécifié à l'avance.
  • Mappage de cache entièrement associatif - Cette configuration ressemble à un cache mappé directement dans la structure, mais un bloc peut être mappé à n'importe quel emplacement plutôt qu'à un emplacement de cache spécifique.
  • Définir le mappage de cache associatif - Cela se situe entre les deux extrêmes du mappage de cache à mappage direct et entièrement associatif. Bien que le mappage soit pré-spécifié, chaque bloc est mappé à un sous-ensemble de divers emplacements de cache, plutôt que d'en avoir un seul désigné.

Mise hors tension et mémoire

Si vous savez quelque chose sur la mémoire vive ou RAM, vous savez qu'elle stocke temporairement des informations. Plus votre ordinateur a de RAM, moins votre processeur doit travailler pour exécuter des tâches, ce qui évite les ralentissements indésirables. Il existe deux principaux types de RAM sur un ordinateur: la RAM dynamique (DRAM) et la RAM statique (SRAM).

Il y a de fortes chances que votre système fonctionne sur DRAM, qui est le type le plus répandu puisque la SRAM est plus chère. Chaque cellule de mémoire dans la DRAM a un circuit avec un transistor et un condensateur, le condensateur stockant chaque bit de données. Pour conserver les données, la DRAM doit se rafraîchir toutes les quelques millisecondes, car les informations ont tendance à fuir des condensateurs.

Cache par rapport à la mémoire principale

Tout comme la DRAM, le cache du processeur perd sa mémoire lorsque vous éteignez votre ordinateur. Remettez-le sous tension et votre cache commence à collecter des informations à partir de zéro.

Il existe cependant quelques différences entre la DRAM et le cache CPU:

  • Vous trouverez la DRAM sur la carte mère, avec le CPU y accédant via une connexion de bus.
  • La mémoire cache est généralement le double de la vitesse de la DRAM.
  • Contrairement à la DRAM, qui doit être actualisée fréquemment, le cache n'a pas besoin d'être actualisé .

Cache contre mémoire virtuelle

Lorsque vous entendez parler de quelque chose appelé «mémoire virtuelle», vous pouvez le confondre avec le cache. La mémoire virtuelle est quelque chose que le système d'exploitation génère pour éviter la perte de données due à un manque de mémoire physique à un moment donné. Ceci est différent du cache en ce que le système d'exploitation déplace les données inactives de la RAM du système vers le stockage sur disque.

La mémoire virtuelle permet à un ordinateur d'exécuter plusieurs programmes séparément sans risquer de perdre des données. Le système d'exploitation ne déplace pas seulement les données vers le stockage, il relie également la mémoire active à la mémoire inactive de ces disques pour que tout fonctionne efficacement. Vous, l'utilisateur final, ne savez jamais que cela se passe.

Accélérer votre ordinateur existant

Si vous trouvez que votre ordinateur est lent, il y a certaines choses que vous pouvez faire sans avoir à acheter un nouvel ordinateur ou à creuser trop loin dans le fonctionnement interne de celui que vous avez. Si vous rencontrez des ralentissements, il se peut simplement que vous manquiez de RAM pour gérer les différentes tâches que vous essayez d'exécuter sur votre ordinateur.

Lorsque vous arrêtez votre ordinateur, le cache du processeur et la RAM s'épuisent complètement. Le redémarrage de votre ordinateur peut réparer instantanément tout problème lié à la mémoire. Si vous faites partie des nombreuses personnes qui redémarrent rarement, vos problèmes de performances en cours pourraient être résolus en définissant simplement une heure chaque jour pour redémarrer votre ordinateur.

Vous pouvez vérifier votre utilisation de la mémoire dans le gestionnaire de tâches Windows ou le moniteur d'activité Mac. Avoir une idée de ce qui se passe dans les coulisses peut être un excellent moyen de décider de ce que vous devez faire pour obtenir des performances. Il peut simplement s'agir d'une certaine application s'exécutant en arrière-plan, consommant beaucoup trop de mémoire. La suppression ou la désactivation de cette application au démarrage peut résoudre ce problème en quelques étapes seulement.

Acheter un nouvel ordinateur

Si vous magasinez pour un nouvel ordinateur, vous pouvez vous donner le plus grand avantage possible en recherchant un appareil avec beaucoup de RAM. Plus votre système a de RAM, plus vous pouvez exécuter de programmes à la fois sans affecter les performances. Cela est particulièrement vrai si vous participez à des activités gourmandes en mémoire comme le streaming vidéo et les jeux.

Votre processeur sera également un facteur important dans les performances de votre ordinateur. Un processeur Intel ou AMD est la meilleure solution. Les experts recommandent un processeur Intel Core de 9e génération si vous prévoyez de jouer, avec un AMD Ryzen 2000 fonctionnant bien si vous prévoyez de faire du montage vidéo. Si vous n'effectuez que des tâches standard, l'une ou l'autre donnera probablement un bon coup de pouce à la mémoire cache de votre microprocesseur.

Installer plus de RAM

Si vous voulez simplement augmenter les performances, plus de RAM est l'un des moyens les plus simples de donner un coup de pouce à votre ordinateur. Tout d'abord, vous devrez vérifier que votre carte mère prend en charge la vitesse et la taille de la RAM que vous utiliserez, ainsi que le type de RAM dont il s'agit. Vous serez probablement en sécurité avec la RAM qui est DDR4 et va de 2133 MHz à 4700 MHz . Les PC plus anciens n'iront souvent que jusqu'à la DDR3, vous devrez donc peut-être investir dans des modules plus anciens si vous souhaitez rester avec votre carte mère actuelle.

Voici les étapes à suivre pour installer plus de RAM:

  • Mettez votre système hors tension et retirez le câble d'alimentation. Débranchez tous les autres câbles de l'arrière de votre ordinateur.
  • Retirez le panneau latéral afin de pouvoir accéder plus facilement aux emplacements de RAM à l'intérieur de votre ordinateur.
  • Éjectez toute RAM que vous avez actuellement installée.
  • Installez la nouvelle RAM en alignant les bords avec les emplacements de votre carte mère et appuyez dessus pour les mettre en place avec une poussée ferme. Cela devrait aller assez facilement de cette façon. Sinon, il se peut que vous deviez les retourner de l'autre côté.
  • Remuez les bâtons de RAM une fois qu'ils sont enclenchés pour vous assurer qu'ils sont à fond.
  • Remettez le panneau latéral en place et réinsérez tous les câbles, y compris le câble d'alimentation.
  • Démarrez votre système. Vérifiez que le système enregistre la nouvelle quantité de RAM.