Тип используемого кэша как ограничивающий фактор

Кэш служит буфером между процессором и оперативной памятью. В кэше хранятся данные, которые процессор использует наиболее часто, и к которым он чаще всего обращается. Для того, чтобы использование кэша было оправдано, его частота должна превышать частоту оперативной памяти, но не должна быть выше частоты процессора. В компьютерах на базе процессоров 386, 486 и Pentium кэш встраивался в материнскую плату ввиде набора микросхем, или дополнительной платы расширения, очень похожей на нынешний SDRAM.

Кэш работал на частоте системной шины, а на 386 и некоторых 486 это означало также скорость работы процессора. Но сравните с какой скоростью развивается процессоростроение, и с какой скоростью выходят новые типы памяти. Становится ясно, что для обеспечения работы 486 DX4/100 кэшу на материнской плате приходилось работать на частоте 33 МГц. Именно на той частоте, на которой он работал на 486 DX2/50. Двойной множитель позволял процессору иметь в два раза большую частоту. В то время пользователи начали задумываться, почему же процессор 486DX4/100 не имеет в два раза большей производительности, чем 486DX/50.

На смену 486 процессорам пришёл Pentium с частотой системной шины 60 и 66 МГц. Позже появилась возможность устанавливать частоты системной шины 75 и 83 МГц для архитектуры Socket 7. А ещё позже - 100 МГц. Надо сказать, что 100 МГц шина была уделом Super7 плат, рассчитаных на использование процессоров AMD K6-2. Кэш мог работать на частоте 100 МГц. С помощью различных коэффициентов умножения фирмы-производители процессоров смогли добиться весьма высоких частот работы процессоров. Но чем выше была частота следующего процессора, тем меньше было заметно повышение его производительности по сравнению с предыдущей моделью. Зачастую случалось и так, что процессор вынужден был простаивать несколько тактов, ожидая возможности записать, или читать данные из кэша.

Кэш становился узким местом системы и разгонять процессор, изменяя его коэффициент умножения уже почти не имело смысла.

Выход из этого положения был найден. В 1995 году фирма Intel выпустила процессор Pentium Pro. У этого процессора кэш был встроен в ядро (on-die кэш) и работал на той же частоте, что и процессор. Размер кэша составлял 512 Кб или 1 Мб. Теперь частота системной шины не влияла на кэш. Но теперь частота процессора определялась максимально возможной частотой работы кэша. Pentium Pro не разгонялся именно по этой причине. Чуть позже, когда Intel объявила о выходе процессора Celeron с ядром Mendocino, имеющим 128 килобайт L2 кэша, встроенного в ядро, многие эксперты предрекали Celeron ту же судьбу, а точнее невозможность разгоняться. К счастью они ошиблись. Благодаря своей архитектуре новый Celeron был способен работать на частоте, в 1.5 - 2 раза превышающей номинальную.

Задолго до появления нового процессора Celeron, после выхода Pentium Pro фирма Intel нашла решение, которое эксперты посчитали не иначе, как шагом назад. Дело в том, что имея технологию встраивания кэша в ядро процессора, фирма Intel анонсирует процессор Pentium II, который представлял собой уже нечто большее, чем просто процессор. В чёрном корпусе помещалась плата, на которой было установлено ядро процессора, а также две микросхемы кэша второго уровня общим объёмом 512 Кб. Это так называемый Discrete cashe. Кэш работал на половине частоты процессора. Это значит, что при частоте системной шины 66 МГц и частоте процессора 266 МГц кэш работал на частоте 133 МГц. Но даже несмотря на то, что Pentium II можно считать шагом назад, некоторые улучшения бесспорно были. 

• Независимость частоты кэша от частоты системной шины.
• Большие перспективы для разгона процессора, ведь увеличив частоту ядра с 300 до 450 МГц, частота кэша увеличивалась всего со 150 до 225 МГц.
• Относительная независимость температуры кэша и ядра. И если в корпусе SECC I этого достичь не удалось, то в SECC II уже можно было говорить о температурной независимости.
• Размер кэша определялся типом процессора.