Mi a különbség a RAM és a cache memória között?

Ha Ön a technológia szerelmese, valószínűleg hallott már a gyorsítótárakról, és arról, hogyan működnek együtt a rendszer RAM-jával a gyorsabb működés érdekében. De elgondolkozott már azon, hogy mi az a gyorsítótár, és miben különbözik a RAM-tól?

Nos, ha van, akkor jó helyen jár, mert megvizsgálunk mindent, ami megkülönbözteti a cache memóriát a RAM-tól.

Ismerje meg számítógépe memóriarendszereit

Mielőtt elkezdené összehasonlítani a RAM-ot a gyorsítótárral, fontos megérteni, hogyan van kialakítva a számítógép memóriarendszere.

Látja, a RAM és a gyorsítótár is illékony memóriatároló rendszerek. Ez azt jelenti, hogy mindkét tárolórendszer ideiglenesen tárolhat adatokat, és csak akkor működik, ha tápellátást kapnak. Ezért a számítógép kikapcsolásakor a RAM-ban és a gyorsítótárban tárolt összes adat törlődik.

Emiatt minden számítástechnikai eszköz két különböző típusú tárolórendszerrel rendelkezik – nevezetesen az elsődleges és a másodlagos memóriával. A meghajtók a számítógépes rendszer másodlagos memóriája, ahová a fájlokat mentheti, és amelyek képesek adatokat tárolni, amikor a készülék ki van kapcsolva. Másrészt az elsődleges memóriarendszerek bekapcsoláskor adatokat szolgáltatnak a CPU-nak.

De miért van olyan memóriarendszer a számítógépen, amely kikapcsolt állapotban nem tud adatokat tárolni? Nos, van egy nagy oka annak, hogy az elsődleges tárolórendszerek nélkülözhetetlenek egy számítógép számára.

Jóllehet a rendszer elsődleges memóriája nem képes adattárolásra, ha nincs áram, sokkal gyorsabbak a másodlagos tárolórendszerekhez képest. Ami a számokat illeti, a másodlagos tárolórendszerek, például az SSD-k hozzáférési ideje 50 mikroszekundum.

Ezzel szemben az elsődleges memóriarendszerek, mint például a véletlen hozzáférésű memória, 17 nanomásodpercenként képesek adatokat szolgáltatni a CPU-nak. Ezért az elsődleges memóriarendszerek majdnem 3000-szer gyorsabbak a másodlagos tárolórendszerekhez képest.

Ennek a sebességkülönbségnek köszönhetően a számítógépes rendszerek memóriahierarchiával rendelkeznek, amely lehetővé teszi az adatok elképesztően gyors továbbítását a CPU-hoz.

Íme, hogyan mozognak az adatok a memóriarendszereken keresztül egy modern számítógépben.

• Tároló meghajtók (másodlagos memória): Ez az eszköz folyamatosan képes adatokat tárolni, de nem olyan gyors, mint a CPU. Emiatt a CPU nem férhet hozzá közvetlenül a másodlagos tárolórendszerből származó adatokhoz.
• RAM (elsődleges memória): Ez a tárolórendszer gyorsabb, mint a másodlagos tárolórendszer, de nem képes tartósan tárolni az adatokat. Ezért, amikor megnyit egy fájlt a rendszeren, az a merevlemezről a RAM-ba kerül. Ennek ellenére még a RAM sem elég gyors a CPU számára.
• Gyorsítótár (elsődleges memória): A probléma megoldására egy bizonyos típusú elsődleges memória, úgynevezett cache memória van beágyazva a CPU-ba, és ez a számítógép leggyorsabb memóriarendszere. Ez a memóriarendszer három részre oszlik, nevezetesen a L1, L2 és L3 gyorsítótár. Ezért minden adat, amelyet a CPU-nak fel kell dolgoznia, a merevlemezről a RAM-ba, majd a gyorsítótárba kerül. Ennek ellenére a CPU nem tud hozzáférni az adatokhoz közvetlenül a gyorsítótárból.
• CPU regiszterek (elsődleges memória): A számítástechnikai eszközök CPU-regisztere apró méretű, és a processzor architektúrán alapul. Ezek a regiszterek 32 vagy 64 bitnyi adatot tárolhatnak. Miután az adatok bekerülnek ezekbe a regiszterekbe, a CPU hozzáférhet hozzájuk, és végrehajthatja az adott feladatot.

A RAM megértése és működése

Amint azt korábban kifejtettük, az eszköz véletlen elérésű memóriája felelős a számítógépen lévő programok CPU-nak való tárolásáért és adatszolgáltatásáért. Ezen adatok tárolására a véletlen hozzáférésű memória dinamikus memóriacellát (DRAM) használ.

Ezt a cellát egy kondenzátor és egy tranzisztor segítségével hozzák létre. A kondenzátor ebben az elrendezésben a töltés tárolására szolgál, és a kondenzátor töltöttségi állapota alapján; a memóriacellában 1 vagy 0 lehet.

Ha a kondenzátor teljesen fel van töltve, akkor 1-est tárol. Másrészt, amikor lemerül, 0-t tárol. Bár a DRAM cella képes töltések tárolására, ennek a memóriakialakításnak megvannak a maga hibái.

Látod, mivel a RAM kondenzátorokat használ a töltés tárolására, hajlamos elveszíteni a benne tárolt töltést. Emiatt a RAM-ban tárolt adatok elveszhetnek. A probléma megoldása érdekében a kondenzátorokban tárolt töltést érzékelõ erõsítõk segítségével frissítik, megakadályozva, hogy a RAM elveszítse a tárolt információkat.

Bár ez a töltésfrissítés lehetővé teszi a RAM számára, hogy adatokat tároljon, amikor a számítógép be van kapcsolva, bevezeti késleltetés a rendszerben, mivel a RAM nem tud adatokat továbbítani a CPU-nak a frissítés során – ez lassítja a rendszert le.

Ezen kívül a RAM az alaplaphoz csatlakozik, amely viszont aljzatokon keresztül csatlakozik a CPU-hoz. Emiatt jelentős távolság van a RAM és a CPU között, ami megnöveli az adatok CPU-hoz való eljuttatásának idejét.

A fent említett okok miatt a RAM csak 17 nanomásodpercenként szolgáltat adatokat a CPU-nak. Ennél a sebességnél a CPU nem éri el a csúcsteljesítményét. Ennek az az oka, hogy a CPU-t negyed nanomásodpercenként kell adattal ellátni, hogy a legjobb teljesítményt nyújtsa 4 gigahertzes turbófokozó frekvencián.

A probléma megoldására van gyorsítótárunk, egy másik ideiglenes tárolórendszer, amely sokkal gyorsabb, mint a RAM.

A gyorsítótár memória magyarázata

Most, hogy ismerjük a RAM-mal járó figyelmeztetéseket, megvizsgálhatjuk a gyorsítótár memóriáját, és azt, hogy az hogyan oldja meg a RAM-mal kapcsolatos problémát.

Az első és legfontosabb, hogy az alaplapon nincs gyorsítótár. Ehelyett magára a CPU-ra kerül. Ennek köszönhetően az adatok a CPU-hoz közelebb kerülnek tárolásra, így gyorsabban hozzáférhet az adatokhoz.

Ezenkívül a gyorsítótár nem tárol adatokat a rendszeren futó összes programról. Ehelyett csak azokat az adatokat tárolja, amelyeket a CPU gyakran kér. Ezeknek a különbségeknek köszönhetően a gyorsítótár elképesztően nagy sebességgel tud adatokat küldeni a CPU-nak.

Ezenkívül a RAM-mal összehasonlítva a gyorsítótár statikus cellákat (SRAM) használ az adatok tárolására. A dinamikus cellákhoz képest a statikus memóriát nem kell frissíteni, mivel nem használnak kondenzátorokat a töltések tárolására.

Ehelyett 6 tranzisztorból álló készletet használ az információk tárolására. A tranzisztorok használatának köszönhetően a statikus cella nem veszíti el a töltést az idő múlásával, lehetővé téve a gyorsítótár számára, hogy sokkal gyorsabban továbbítsa az adatokat a CPU-nak.

Ennek ellenére a gyorsítótárnak is vannak hibái. Egyrészt sokkal költségesebb a RAM-hoz képest. Ezenkívül egy statikus RAM-cella sokkal nagyobb a DRAM-hoz képest, mivel 6 tranzisztorból álló készletet használnak egy bit információ tárolására. Ez lényegesen nagyobb, mint a DRAM cella egykondenzátoros kialakítása.

Emiatt az SRAM memóriasűrűsége jóval kisebb, és egyetlen, nagy méretű SRAM-ot nem lehet a CPU kockára helyezni. Ezért a probléma megoldása érdekében a gyorsítótárat három kategóriába sorolják, nevezetesen az L1, L2 és L3 gyorsítótárat, és a CPU-n belül és kívül helyezik el.

RAM vs. Cache memória

Most, hogy már alapvető ismereteink vannak a RAM-ról és a gyorsítótárról, megnézhetjük, hogyan viszonyulnak egymáshoz.

A gyorsítótár sokkal gyorsabb, mint a RAM

A RAM és a gyorsítótár is ingadozó memóriarendszerek, de mindkettő sajátos feladatokat lát el. Egyrészt a RAM tárolja a rendszeren futó programokat, míg a gyorsítótár támogatja a RAM-ot azáltal, hogy a gyakran használt adatokat a CPU közelében tárolja, ami javítja a teljesítményt.

Ezért, ha olyan rendszert keres, amely nagyszerű teljesítményt nyújt, feltétlenül nézze meg a RAM-ot és a gyorsítótárat. A két memóriarendszer közötti kiemelkedő egyensúly elengedhetetlen ahhoz, hogy a legtöbbet hozza ki számítógépéből.