Која је разлика између РАМ-а и кеш меморије?

Ако сте технолошки ентузијаста, можда сте чули за кеш меморије и како они раде са РАМ-ом на вашем систему да би га учинили бржим. Али да ли сте се икада запитали шта је кеш меморија и по чему се разликује од РАМ-а?

Па, ако јесте, на правом сте месту јер ћемо погледати шта све разликује кеш меморију од РАМ-а.

Упознајте меморијске системе на свом рачунару

Пре него што почнемо да упоређујемо РАМ са кеш меморијом, важно је разумети како је дизајниран меморијски систем на рачунару.

Видите, и РАМ и кеш меморија су нестабилни меморијски системи за складиштење. То значи да оба ова система за складиштење могу привремено да складиште податке и да раде само када им се напаја струја. Стога, када искључите рачунар, сви подаци ускладиштени у РАМ-у и кешу се бришу.

Из тог разлога, сваки рачунарски уређај има два различита типа система за складиштење података — примарну и секундарну меморију. Диск јединице су секундарна меморија у рачунарском систему где чувате своје датотеке, способне да чувају податке када је напајање искључено. С друге стране, примарни меморијски системи достављају податке ЦПУ-у када су укључени.

Али зашто имати меморијски систем на рачунару који не може да складишти податке када је искључен? Па, постоји велики разлог зашто су примарни системи за складиштење суштински за рачунар.

Видите, иако примарна меморија на вашем систему није у стању да складишти податке када нема напајања, они су много бржи у поређењу са секундарним системима за складиштење. Што се тиче бројева, секундарни системи за складиштење попут ССД-а имају време приступа од 50 микросекунди.

Насупрот томе, примарни меморијски системи, као што је меморија са случајним приступом, могу доставити податке ЦПУ-у сваких 17 наносекунди. Стога су примарни меморијски системи скоро 3000 пута бржи у поређењу са секундарним системима за складиштење података.

Због ове разлике у брзинама, рачунарски системи долазе са меморијском хијерархијом, која омогућава да се подаци достављају ЦПУ-у запањујуће великом брзином.

Ево како се подаци крећу кроз меморијске системе у модерном рачунару.

• Дискови за складиштење (секундарна меморија): Овај уређај може трајно да складишти податке, али није брз као ЦПУ. Због тога, ЦПУ не може приступити подацима директно из секундарног система за складиштење.
• РАМ (примарна меморија): Овај систем за складиштење је бржи од секундарног система за складиштење података, али не може трајно да складишти податке. Стога, када отворите датотеку на вашем систему, она се помера са чврстог диска на РАМ. Међутим, чак ни РАМ није довољно брза за ЦПУ.
• Кеш меморија (примарна меморија): Да би се решио овај проблем, одређени тип примарне меморије познат као кеш меморија је уграђен у ЦПУ и представља најбржи меморијски систем на рачунару. Овај меморијски систем је подељен на три дела, и то на Л1, Л2 и Л3 кеш меморија. Према томе, сви подаци које ЦПУ треба да обради се крећу са чврстог диска у РАМ, а затим у кеш меморију. Међутим, ЦПУ не може приступити подацима директно из кеша.
• ЦПУ регистри (примарна меморија): ЦПУ регистар на рачунарском уређају је мале величине и заснован је на архитектури процесора. Ови регистри могу да држе 32 или 64 бита података. Једном када се подаци преселе у ове регистре, ЦПУ им може приступити и извршити задатак.

Разумевање РАМ-а и како то функционише

Као што је раније објашњено, меморија са случајним приступом на уређају је одговорна за чување и снабдевање ЦПУ података за програме на рачунару. За складиштење ових података, меморија са случајним приступом користи ћелију динамичке меморије (ДРАМ).

Ова ћелија се ствара помоћу кондензатора и транзистора. Кондензатор у овом аранжману се користи за складиштење наелектрисања, а на основу стања напуњености кондензатора; меморијска ћелија може да садржи 1 или 0.

Ако је кондензатор потпуно напуњен, каже се да чува 1. С друге стране, када се испразни, каже се да чува 0. Иако је ДРАМ ћелија способна да складишти пуњења, овај дизајн меморије долази са својим недостацима.

Видите, како РАМ користи кондензаторе за складиштење набоја, он има тенденцију да изгуби набој који је ускладиштио у њему. Због тога се подаци који се налазе у РАМ меморији могу изгубити. Да би се решио овај проблем, наелектрисање ускладиштено у кондензаторима се освежава помоћу појачавача чула - спречавајући РАМ да изгуби сачуване информације.

Иако ово освежавање пуњења омогућава РАМ меморији да складишти податке када је рачунар укључен, оно уводи кашњење у систему јер РАМ не може да преноси податке до ЦПУ-а када се освежава – успорава систем доле.

Поред тога, РАМ је повезан са матичном плочом, која је заузврат повезана са ЦПУ-ом помоћу утичница. Дакле, постоји значајна удаљеност између РАМ-а и ЦПУ-а, што повећава време испоруке података ЦПУ-у.

Због горе наведених разлога, РАМ само доставља податке ЦПУ-у сваких 17 наносекунди. При тој брзини, ЦПУ не може да достигне своје врхунске перформансе. То је зато што ЦПУ треба да се испоручује са подацима сваке четвртине наносекунде да би пружио најбоље перформансе када ради на турбо фреквенцији од 4 Гигахерца.

Да бисмо решили овај проблем, имамо кеш меморију, још један систем за привремену меморију много бржи од РАМ-а.

Кеш меморија објашњена

Сада када знамо за упозорења која долазе са РАМ-ом, можемо погледати кеш меморију и како она решава проблем који долази са РАМ-ом.

Прво и најважније, кеш меморија није присутна на матичној плочи. Уместо тога, поставља се на сам ЦПУ. Због тога се подаци чувају ближе ЦПУ-у, што му омогућава бржи приступ подацима.

Поред тога, кеш меморија не складишти податке за све програме који раде на вашем систему. Уместо тога, чува само податке које ЦПУ често захтева. Због ових разлика, кеш може да шаље податке ЦПУ-у запањујуће великом брзином.

Штавише, у поређењу са РАМ-ом, кеш меморија користи статичке ћелије (СРАМ) за складиштење података. У поређењу са динамичким ћелијама, статичкој меморији није потребно освежавање јер не користе кондензаторе за складиштење наелектрисања.

Уместо тога, користи сет од 6 транзистора за складиштење информација. Због употребе транзистора, статичка ћелија не губи наелектрисање током времена, омогућавајући кешу да доставља податке ЦПУ-у много већим брзинама.

Међутим, кеш меморија такође има своје мане. Као прво, много је скупљи у поређењу са РАМ-ом. Поред тога, статичка РАМ ћелија је много већа у поређењу са ДРАМ-ом, јер се скуп од 6 транзистора користи за складиштење једног бита информација. Ово је знатно веће од дизајна ДРАМ ћелије са једним кондензатором.

Због тога је густина меморије СРАМ-а много мања, а постављање једног СРАМ-а са великом величином складиштења на ЦПУ матрицу није могуће. Стога, да би се решио овај проблем, кеш меморија је подељена у три категорије, односно Л1, Л2 и Л3 кеш меморија, и смештена је унутар и изван ЦПУ-а.

РАМ вс. Кеш меморија

Сада када имамо основно разумевање РАМ-а и кеша, можемо погледати како се они међусобно упоређују.

Кеш меморија је много бржа од РАМ-а

И РАМ и кеш меморија су нестабилни меморијски системи, али оба служе карактеристичним задацима. С једне стране, РАМ меморија складишти програме који раде на вашем систему, док кеш меморија подржава РАМ складиштењем често коришћених података у близини ЦПУ-а – побољшавајући перформансе.

Стога, ако тражите систем који нуди одличне перформансе, од суштинског је значаја да погледате РАМ и кеш меморију уз коју долази. Изванредна равнотежа између оба меморијска система је кључна за извлачење максимума из вашег рачунара.