Как устроена архитектура современного процессора с учетом использования кэш-памяти?

Архитектура современного процессора с учётом использования кэш-памяти включает несколько уровней кэша, каждый из которых специализируется на своей задаче. ru.wikipedia.org

В большинстве процессоров каждое ядро оснащено двумя кэшами первого уровня: один предназначен для данных, а другой — для инструкций. i2hard.ru Кэш первого уровня зачастую имеет размер около 100 КБ, хотя это число может отличаться в зависимости от процессора. i2hard.ru

Обычно на каждое ядро приходится по кэшу второго уровня, хотя в некоторых архитектурах процессоров кэш может быть разделён между двумя ядрами. i2hard.ru Размер этого кэша составляет уже несколько сотен килобайт. i2hard.ru

Самым большим (несколько десятков мегабайт) является кэш третьего уровня, который делится сразу между всеми ядрами процессора. i2hard.ru

Система процессорного кэша состоит из двух важных составляющих: market.marvel.ru

1. Контроллер, который управляет движением данных. market.marvel.ru Он регулярно проверяет, что пришло к процессору из ОЗУ, было обработано и возвращено обратно. market.marvel.ru
2. Кэш-память, где эти данные хранятся. market.marvel.ru

Когда процессор запрашивает данные из памяти, то он сначала проверяет, находятся ли эти данные в кэше первого уровня. i2hard.ru Если они там есть, то процессор получает доступ к ним всего за пару циклов. i2hard.ru Однако, если данных нет в кэше первого уровня, то процессор поищет их в кэше второго, а затем третьего уровня. i2hard.ru С каждым уровнем будет снижаться скорость и увеличиваться задержка. i2hard.ru

Кэш-память предназначена для того, чтобы сглаживать разницу в скорости работы между процессором и ОЗУ, чтобы вычисления производились как можно быстрее. market.marvel.ru