Trong quá trình tìm hiểu về CPU, bạn đã nghe nói đến thuật ngữ “bộ nhớ đệm” (cache) của CPU. Bạn có bao giờ tự hỏi tại sao, khi đã có RAM, CPU lại cần bộ nhớ đệm không? Bài viết này sẽ giải đáp thắc mắc của bạn, giúp bạn hiểu rõ về bộ nhớ cache trong CPU, vai trò của nó và cách thức hoạt động của loại bộ nhớ này.
Bộ nhớ đệm CPU là gì?
Bộ nhớ cache (cache memory) của CPU là loại bộ nhớ tạm được tích hợp ngay trong CPU nhằm mục đích tăng cường tốc độ xử lý dữ liệu.
Nó hoạt động bằng cách lưu giữ dữ liệu và các câu lệnh mà CPU hay sử dụng, giúp giảm đáng kể lần truy cập vào RAM và do đó, nâng cao hiệu suất xử lý dữ liệu.
Trái ngược với RAM, bộ nhớ cache của CPU sử dụng RAM tĩnh (SRAM), bởi SRAM không yêu cầu việc làm mới thường xuyên, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho bộ nhớ đệm của CPU.
Bộ nhớ Cache được phân thành nhiều cấp độ (L1, L2, L3), mỗi cấp có kích thước và tốc độ truy cập riêng biệt. Mức cấp độ cao hơn có nghĩa là kích thước bộ nhớ đệm lớn hơn nhưng cũng đồng nghĩa với việc tăng chi phí sản xuất cho CPU.
Nguyên lý hoạt động của bộ nhớ đệm CPU
Bộ nhớ đệm của CPU được thiết kế để hoạt động như một lớp bộ nhớ tạm, giữa CPU và RAM, nhằm mục đích lưu trữ dữ liệu và thông tin xử lý nửa chừng.
Khi cần lấy dữ liệu từ RAM, CPU trước tiên kiểm tra trong bộ nhớ đệm để xác định liệu thông tin cần thiết đã được lưu giữ ở đó chưa. Nếu tìm thấy, CPU sẽ trực tiếp lấy dữ liệu từ bộ nhớ đệm thay vì từ RAM, giúp cải thiện đáng kể tốc độ truy cập dữ liệu và giảm bớt thời gian xử lý.
Trong trường hợp dữ liệu chưa được lưu trong bộ nhớ đệm, CPU sẽ lấy dữ liệu từ RAM và sau đó lưu trữ nó vào bộ nhớ đệm cho những lần truy cập tiếp theo. Để phục vụ hiệu quả cho yêu cầu của CPU, bộ nhớ đệm được phân loại thành các cấp độ (L1, L2, L3), mỗi cấp có kích thước và tốc độ truy cập riêng biệt.
Các loại bộ nhớ đệm của CPU hiện nay
L1 cache
Bộ nhớ đệm cấp 1 hay L1 cache (Level 1 cache) là một dạng bộ nhớ tạm thời được tích hợp ngay trong CPU (Central Processing Unit) của máy tính.
L1 cache nằm ở vị trí gần CPU nhất và cung cấp tốc độ truy cập nhanh nhất so với các loại bộ nhớ đệm khác. Mục đích của L1 cache là giữ các dữ liệu và lệnh được CPU sử dụng thường xuyên nhất, giúp giảm thời gian lấy dữ liệu từ RAM và tăng cường tốc độ xử lý của CPU.
Dung lượng của L1 cache thường khá nhỏ, chỉ vài KB đến vài chục KB.
L2 cache
Bộ nhớ đệm cấp 2 hay L2 cache, tuy có tốc độ truy cập dữ liệu chậm hơn so với L1 cache, nhưng lại có dung lượng lớn hơn, đo bằng MB. Dung lượng của L2 cache biến đổi tùy theo loại CPU, thường từ 256KB đến 32MB.
Dù L2 cache không nhanh bằng L1, so với RAM, tốc độ của nó vẫn đáng kể cao hơn. Cụ thể, trong khi L1 cache nhanh hơn RAM tới 100 lần, L2 cache vẫn truy cập dữ liệu nhanh hơn RAM khoảng 25 lần.
L3 cache
Bộ nhớ đệm cấp 3 hoặc L3 cache, từng được đặt trên bo mạch chủ vào thời điểm mà phần lớn các CPU chỉ có một core. Tuy nhiên, hiện nay, L3 cache được tích hợp ngay vào trong CPU và có thể sở hữu dung lượng lớn, đạt tới 128MB đối với các chip dành cho máy chủ và các dòng cao cấp.
Dù dung lượng của nó lớn nhất so với các loại bộ nhớ đệm khác, tốc độ truy xuất dữ liệu của L3 cache lại là thấp nhất. L3 đóng vai trò tương tự như RAM, cho phép tất cả các core của CPU sử dụng chung, trong khi L1 và L2 được thiết kế để phục vụ riêng lẻ cho từng core.
Hướng dẫn kiểm tra dung lượng bộ nhớ đệm CPU
Thông qua Task Manager
Bước 1: Sử dụng phím tắt Ctrl + Shift + Esc để khởi động Task Manager.
Bước 2: Chuyển qua tab Performance và lựa chọn CPU. Bạn có thể xem dung lượng của L1, L2 và L3 cache ở phần dưới của cửa sổ.
Thông qua CPU-Z
Bước 1: Đầu tiên, lên trang chủ CPU-Z để tải về phần mềm.
Bước 2: Tiếp theo, sau khi tải xong thì cài đặt bình thường.
Bước 3: Mở phần mềm lên chọn tab CPU. Kiểm tra thông tin bộ nhớ đệm CPU ở mục Cache
