Kāda ir atšķirība starp RAM un kešatmiņu?

Ja esat tehnoloģiju entuziasts, iespējams, esat dzirdējis par kešatmiņām un to, kā tās darbojas ar jūsu sistēmas operatīvo atmiņu, lai padarītu to ātrāku. Bet vai esat kādreiz domājis, kas ir kešatmiņa un kā tā atšķiras no RAM?

Nu, ja jums ir, jūs esat īstajā vietā, jo mēs apskatīsim visu, kas atšķir kešatmiņu no RAM.

Iepazīstieties ar datora atmiņas sistēmām

Pirms sākam salīdzināt operatīvo atmiņu ar kešatmiņu, ir svarīgi saprast, kā ir veidota datora atmiņas sistēma.

Redziet, gan RAM, gan kešatmiņa ir nepastāvīgas atmiņas uzglabāšanas sistēmas. Tas nozīmē, ka abas šīs uzglabāšanas sistēmas var īslaicīgi uzglabāt datus un darboties tikai tad, ja tām tiek piegādāta strāva. Tāpēc, izslēdzot datoru, visi RAM un kešatmiņā saglabātie dati tiek izdzēsti.

Šī iemesla dēļ jebkurai skaitļošanas ierīcei ir divu veidu uzglabāšanas sistēmas, proti, primārā un sekundārā atmiņa. Diskdziņi ir sekundārā atmiņa datorsistēmā, kurā saglabājat savus failus un kas spēj saglabāt datus, kad strāvas padeve ir izslēgta. No otras puses, primārās atmiņas sistēmas piegādā datus CPU, kad tās ir ieslēgtas.

Bet kāpēc datorā ir atmiņas sistēma, kas nevar saglabāt datus, kad tā ir izslēgta? Ir liels iemesls, kāpēc primārās atmiņas sistēmas ir būtiskas datoram.

Redziet, lai gan jūsu sistēmas primārā atmiņa nespēj saglabāt datus, ja nav strāvas, tās ir daudz ātrākas, salīdzinot ar sekundārajām uzglabāšanas sistēmām. Kas attiecas uz skaitļiem, sekundārajām uzglabāšanas sistēmām, piemēram, SSD, piekļuves laiks ir 50 mikrosekundes.

Turpretim primārās atmiņas sistēmas, piemēram, brīvpiekļuves atmiņa, var piegādāt datus centrālajam procesoram ik pēc 17 nanosekundēm. Tāpēc primārās atmiņas sistēmas ir gandrīz 3000 reižu ātrākas, salīdzinot ar sekundārajām atmiņas sistēmām.

Šīs ātruma atšķirības dēļ datorsistēmām ir atmiņas hierarhija, kas nodrošina datu piegādi centrālajam procesoram pārsteidzoši lielā ātrumā.

Lūk, kā dati pārvietojas pa atmiņas sistēmām mūsdienu datorā.

• Atmiņas diskdziņi (sekundārā atmiņa): Šī ierīce var pastāvīgi saglabāt datus, taču tā nav tik ātra kā centrālais procesors. Šī iemesla dēļ CPU nevar piekļūt datiem tieši no sekundārās uzglabāšanas sistēmas.
• RAM (primārā atmiņa): Šī uzglabāšanas sistēma ir ātrāka nekā sekundārā uzglabāšanas sistēma, taču nevar pastāvīgi uzglabāt datus. Tāpēc, atverot failu savā sistēmā, tas tiek pārvietots no cietā diska uz RAM. Tas nozīmē, ka pat RAM nav pietiekami ātrs CPU.
• Kešatmiņa (primārā atmiņa): Lai atrisinātu šo problēmu, CPU ir iegulta noteikta veida primārā atmiņa, kas pazīstama kā kešatmiņa, un tā ir ātrākā atmiņas sistēma datorā. Šī atmiņas sistēma ir sadalīta trīs daļās, proti L1, L2 un L3 kešatmiņa. Tāpēc visi dati, kas jāapstrādā CPU, tiek pārvietoti no cietā diska uz RAM un pēc tam uz kešatmiņu. Tas nozīmē, ka centrālais procesors nevar piekļūt datiem tieši no kešatmiņas.
• CPU reģistri (primārā atmiņa): CPU reģistrs skaitļošanas ierīcē ir neliels, un tā pamatā ir procesora arhitektūra. Šajos reģistros var būt 32 vai 64 biti datu. Kad dati tiek pārvietoti šajos reģistros, centrālais procesors var tiem piekļūt un veikt attiecīgo uzdevumu.

Izpratne par operatīvo atmiņu un tās darbību

Kā paskaidrots iepriekš, ierīces brīvpiekļuves atmiņa ir atbildīga par datu uzglabāšanu un piegādi centrālajam procesoram datora programmām. Lai saglabātu šos datus, brīvpiekļuves atmiņa izmanto dinamiskās atmiņas šūnu (DRAM).

Šī šūna ir izveidota, izmantojot kondensatoru un tranzistoru. Kondensators šajā izkārtojumā tiek izmantots, lai uzglabātu lādiņu, un tas ir balstīts uz kondensatora uzlādes stāvokli; atmiņas šūnā var būt 1 vai 0.

Ja kondensators ir pilnībā uzlādēts, tiek teikts, ka tas saglabā 1. No otras puses, kad tas ir izlādējies, tiek teikts, ka tas uzglabā 0. Lai gan DRAM šūna spēj uzglabāt lādiņu, šim atmiņas dizainam ir trūkumi.

Redzi, tā kā RAM izmanto kondensatorus, lai saglabātu lādiņu, tai ir tendence zaudēt tajā saglabāto lādiņu. Sakarā ar to RAM saglabātie dati var tikt zaudēti. Lai atrisinātu šo problēmu, kondensatoros saglabātais lādiņš tiek atsvaidzināts, izmantojot sensoru pastiprinātājus, neļaujot RAM zaudēt saglabāto informāciju.

Lai gan šī uzlādes atsvaidzināšana ļauj RAM saglabāt datus, kad dators ir ieslēgts, tas ievieš latentums sistēmā, jo RAM nevar pārsūtīt datus uz centrālo procesoru, kad tas tiek atsvaidzināts, tādējādi palēninot sistēmas darbību uz leju.

Papildus tam RAM ir savienota ar mātesplati, kas, savukārt, tiek savienota ar centrālo procesoru, izmantojot ligzdas. Tādējādi starp RAM un centrālo procesoru ir ievērojams attālums, kas palielina datu piegādes laiku centrālajam procesoram.

Iepriekš minēto iemeslu dēļ RAM piegādā datus CPU tikai ik pēc 17 nanosekundēm. Šādā ātrumā CPU nevar sasniegt maksimālo veiktspēju. Tas ir tāpēc, ka CPU ir jāapgādā ar datiem ik pēc nanosekundes ceturtdaļas, lai nodrošinātu vislabāko veiktspēju, strādājot ar 4 gigahercu turbo pastiprināšanas frekvenci.

Lai atrisinātu šo problēmu, mums ir kešatmiņa, cita pagaidu uzglabāšanas sistēma, kas ir daudz ātrāka nekā RAM.

Kešatmiņas skaidrojums

Tagad, kad mēs zinām par brīdinājumiem, kas nāk ar RAM, mēs varam apskatīt kešatmiņu un to, kā tā atrisina ar RAM saistīto problēmu.

Pirmkārt un galvenokārt, mātesplatē nav kešatmiņas. Tā vietā tas tiek novietots pašā CPU. Sakarā ar to dati tiek glabāti tuvāk centrālajam procesoram, ļaujot tam ātrāk piekļūt.

Turklāt kešatmiņa nesaglabā datus par visām programmām, kas darbojas jūsu sistēmā. Tā vietā tajā tiek glabāti tikai tie dati, kurus CPU bieži pieprasa. Šo atšķirību dēļ kešatmiņa var nosūtīt datus uz centrālo procesoru pārsteidzoši lielā ātrumā.

Turklāt, salīdzinot ar operatīvo atmiņu, kešatmiņa datu glabāšanai izmanto statiskās šūnas (SRAM). Salīdzinot ar dinamiskajām šūnām, statiskā atmiņa nav jāatsvaidzina, jo tajās netiek izmantoti kondensatori lādiņu uzglabāšanai.

Tā vietā informācijas glabāšanai tiek izmantots 6 tranzistoru komplekts. Pateicoties tranzistoru izmantošanai, statiskā šūna laika gaitā nezaudē uzlādi, ļaujot kešatmiņai piegādāt datus CPU ar daudz lielāku ātrumu.

Tomēr arī kešatmiņai ir trūkumi. Pirmkārt, tas ir daudz dārgāks, salīdzinot ar RAM. Turklāt statiskā RAM šūna ir daudz lielāka, salīdzinot ar DRAM, jo viena informācijas bita glabāšanai tiek izmantots 6 tranzistoru komplekts. Tas ir ievērojami lielāks nekā DRAM šūnas viena kondensatora dizains.

Šī iemesla dēļ SRAM atmiņas blīvums ir daudz mazāks, un nav iespējams ievietot vienu SRAM ar lielu atmiņas apjomu uz CPU matricas. Tāpēc, lai atrisinātu šo problēmu, kešatmiņa ir sadalīta trīs kategorijās, proti, L1, L2 un L3 kešatmiņa, un tā ir novietota CPU iekšpusē un ārpusē.

RAM vs. Kešatmiņa

Tagad, kad mums ir pamatzināšanas par operatīvo atmiņu un kešatmiņu, mēs varam apskatīt to salīdzinājumu.

Kešatmiņa ir daudz ātrāka nekā RAM

Gan operatīvā atmiņa, gan kešatmiņa ir nepastāvīgas atmiņas sistēmas, tomēr abas pilda atšķirīgus uzdevumus. No vienas puses, RAM saglabā jūsu sistēmā esošās programmas, savukārt kešatmiņa atbalsta RAM, glabājot bieži izmantotos datus tuvu centrālajam procesoram, tādējādi uzlabojot veiktspēju.

Tāpēc, ja meklējat sistēmu, kas piedāvā lielisku veiktspēju, ir svarīgi aplūkot RAM un kešatmiņu, kas tai ir pievienota. Izcils līdzsvars starp abām atmiņas sistēmām ir būtisks, lai maksimāli izmantotu datora iespējas.