Каква е разликата между RAM и кеш паметта?

Ако сте технологичен ентусиаст, може би сте чували за кешовете и как те работят с RAM на вашата система, за да я направят по-бърза. Но чудили ли сте се някога какво е кеш и как се различава от RAM?

Е, ако имате, вие сте на правилното място, защото ще разгледаме всичко, което отличава кеш паметта от RAM.

Запознайте се със системите за памет на вашия компютър

Преди да започнем да сравняваме RAM с кеш, важно е да разберем как е проектирана системата памет на компютъра.

Виждате ли, както RAM, така и кешът са системи за съхранение на летлива памет. Това означава, че и двете системи за съхранение могат временно да съхраняват данни и да работят само когато към тях е подадено захранване. Следователно, когато изключите компютъра си, всички данни, съхранени в RAM и кеша, се изтриват.

Поради тази причина всяко изчислително устройство има два различни типа системи за съхранение — а именно първична и вторична памет. Устройствата са вторичната памет на компютърна система, където записвате вашите файлове, способни да съхраняват данни, когато захранването е изключено. От друга страна, системите с първична памет доставят данни на процесора, когато са включени.

Но защо да имате система с памет на компютъра, която не може да съхранява данни, когато е изключена? Е, има голяма причина, поради която системите за първично съхранение са типични за един компютър.

Виждате ли, въпреки че първичната памет на вашата система не е в състояние да съхранява данни, когато няма захранване, те са много по-бързи в сравнение с вторичните системи за съхранение. Относно числата, вторичните системи за съхранение като SSD имат време за достъп от 50 микросекунди.

За разлика от това, системите с първична памет, като паметта с произволен достъп, могат да доставят данни на процесора на всеки 17 наносекунди. Следователно системите с първична памет са почти 3000 пъти по-бързи в сравнение с вторичните системи за съхранение.

Поради тази разлика в скоростите компютърните системи идват с йерархия на паметта, която позволява данните да се доставят до процесора с удивително бързи скорости.

Ето как данните се движат през паметта на съвременния компютър.

• Дискове за съхранение (вторична памет): Това устройство може да съхранява данни постоянно, но не е толкова бързо, колкото процесора. Поради това процесорът няма достъп до данни директно от вторичната система за съхранение.
• RAM (първична памет): Тази система за съхранение е по-бърза от вторичната система за съхранение, но не може да съхранява данни постоянно. Следователно, когато отворите файл на вашата система, той се премества от твърдия диск в RAM. Въпреки това дори RAM паметта не е достатъчно бърза за процесора.
• Кеш (първична памет): За да се реши този проблем, определен тип първична памет, известна като кеш памет, е вградена в процесора и е най-бързата система с памет на компютър. Тази система за памет е разделена на три части, а именно L1, L2 и L3 кеш. Следователно всички данни, които трябва да бъдат обработени от процесора, се преместват от твърдия диск в RAM и след това в кеш паметта. Въпреки това процесорът няма достъп до данни директно от кеша.
• Регистри на процесора (първична памет): Регистърът на процесора на компютърно устройство е с малък размер и се основава на архитектурата на процесора. Тези регистри могат да съдържат 32 или 64 бита данни. След като данните се преместят в тези регистри, процесорът може да получи достъп до тях и да изпълни поставената задача.

Разбиране на RAM и как работи

Както беше обяснено по-рано, паметта с произволен достъп на устройството е отговорна за съхраняването и доставянето на данни към процесора за програми на компютъра. За да съхранява тези данни, паметта с произволен достъп използва клетка с динамична памет (DRAM).

Тази клетка е създадена с помощта на кондензатор и транзистор. Кондензаторът в тази подредба се използва за съхраняване на заряд и въз основа на състоянието на заряд на кондензатора; клетката с памет може да съдържа 1 или 0.

Ако кондензаторът е напълно зареден, се казва, че съхранява 1. От друга страна, когато се разреди, се казва, че съхранява 0. Въпреки че DRAM клетката може да съхранява заряди, този дизайн на паметта има своите недостатъци.

Виждате ли, тъй като RAM използва кондензатори за съхраняване на заряд, тя има тенденция да губи заряда, който е съхранила в нея. Поради това данните, съхранени в RAM, могат да бъдат загубени. За да се реши този проблем, зарядът, съхранен в кондензаторите, се обновява с помощта на сензорни усилватели - предотвратявайки загубата на съхранената информация от RAM.

Въпреки че това опресняване на таксите позволява на RAM да съхранява данни, когато компютърът е включен, то въвежда латентност в системата, тъй като RAM не може да предава данни към процесора, когато се обновява - забавя системата надолу.

В допълнение към това, RAM паметта е свързана към дънната платка, която от своя страна е свързана към процесора чрез гнезда. Следователно има значително разстояние между RAM и процесора, което увеличава времето, през което данните се доставят на процесора.

Поради причините, споменати по-горе, RAM доставя данни на процесора само на всеки 17 наносекунди. При тази скорост процесорът не може да достигне максималната си производителност. Това е така, защото процесорът трябва да бъде снабдяван с данни на всяка четвърт от наносекунда, за да осигури най-добрата производителност, когато работи на турбо усилваща честота от 4 гигахерца.

За да решим този проблем, имаме кеш памет, друга система за временно съхранение, много по-бърза от RAM.

Обяснение на кеш паметта

Сега, след като знаем за предупрежденията, които идват с RAM, можем да разгледаме кеш паметта и как тя решава проблема, който идва с RAM.

Първо и най-важно, кеш паметта не присъства на дънната платка. Вместо това се поставя върху самия процесор. Благодарение на това данните се съхраняват по-близо до процесора, което му позволява по-бърз достъп до данните.

В допълнение към това, кеш паметта не съхранява данни за всички програми, работещи на вашата система. Вместо това, той съхранява само данни, които често се изискват от процесора. Поради тези разлики, кешът може да изпраща данни към процесора с удивително бързи скорости.

Освен това, в сравнение с RAM, кеш паметта използва статични клетки (SRAM) за съхраняване на данни. В сравнение с динамичните клетки, статичната памет не се нуждае от опресняване, тъй като те не използват кондензатори за съхраняване на заряди.

Вместо това, той използва набор от 6 транзистора за съхраняване на информация. Благодарение на използването на транзистори, статичната клетка не губи заряд с течение на времето, което позволява на кеша да доставя данни на процесора с много по-високи скорости.

Въпреки това, кеш паметта също има своите недостатъци. От една страна, това е много по-скъпо в сравнение с RAM. Освен това, статичната RAM клетка е много по-голяма в сравнение с DRAM, тъй като набор от 6 транзистора се използва за съхраняване на един бит информация. Това е значително по-голямо от конструкцията с един кондензатор на DRAM клетката.

Поради това, плътността на паметта на SRAM е много по-ниска и поставянето на единична SRAM с голям размер за съхранение върху матрицата на процесора не е възможно. Следователно, за да се реши този проблем, кеш паметта е разделена на три категории, а именно кеш L1, L2 и L3, и се поставя вътре и извън процесора.

RAM vs. Кеш-памет

Сега, след като имаме основно разбиране за RAM и кеша, можем да видим как ги сравняваме един с друг.

Кеш паметта е много по-бърза от RAM

Както RAM, така и кешът са системи с летлива памет, но и двете изпълняват различни задачи. От една страна, RAM съхранява програмите, изпълнявани на вашата система, докато кешът поддържа RAM, като съхранява често използвани данни близо до процесора, подобрявайки производителността.

Следователно, ако търсите система, която предлага страхотна производителност, важно е да погледнете RAM и кеша, с които идва. Изключителният баланс между двете системи с памет е типичен, за да извлечете максимума от вашия компютър.