Mis vahe on RAM-i ja vahemälu vahel?

Kui olete tehnoloogia entusiast, olete võib-olla kuulnud vahemäludest ja sellest, kuidas need teie süsteemi RAM-iga töötavad, et seda kiirendada. Kuid kas olete kunagi mõelnud, mis on vahemälu ja kuidas see erineb RAM-ist?

Noh, kui teil on, olete õiges kohas, sest me vaatame kõike, mis eristab vahemälu RAM-ist.

Õppige tundma oma arvuti mälusüsteeme

Enne kui hakkame RAM-i võrdlema vahemäluga, on oluline mõista, kuidas arvuti mälusüsteem on kujundatud.

Näete, nii RAM kui ka vahemälu on muutlikud mälusalvestussüsteemid. See tähendab, et mõlemad salvestussüsteemid saavad ajutiselt andmeid salvestada ja töötavad ainult siis, kui neile antakse toide. Seetõttu kustutatakse arvuti väljalülitamisel kõik RAM-i ja vahemällu salvestatud andmed.

Seetõttu on igal arvutiseadmel kaks erinevat tüüpi salvestussüsteemi – primaarne ja sekundaarne mälu. Draivid on arvutisüsteemi sekundaarne mälu, kuhu salvestate oma failid ja mis on võimelised salvestama andmeid, kui toide on välja lülitatud. Teisest küljest edastavad esmased mälusüsteemid CPU-le andmeid sisselülitamisel.

Aga miks on arvutis mälusüsteem, mis ei suuda andmeid salvestada, kui see on välja lülitatud? Noh, on suur põhjus, miks esmased salvestussüsteemid on arvuti jaoks hädavajalikud.

Vaatate, kuigi teie süsteemi esmane mälu ei suuda voolu puudumisel andmeid salvestada, on need sekundaarsete salvestussüsteemidega võrreldes palju kiiremad. Mis puutub numbritesse, sekundaarsete salvestussüsteemide, nagu SSD-de, juurdepääsuaeg on 50 mikrosekundit.

Seevastu esmased mälusüsteemid, nagu muutmälu, suudavad anda protsessorile andmeid iga 17 nanosekundi järel. Seetõttu on esmased mälusüsteemid sekundaarsete salvestussüsteemidega võrreldes peaaegu 3000 korda kiiremad.

Tänu sellele kiiruste erinevusele on arvutisüsteemidel kaasas mäluhierarhia, mis võimaldab andmeid CPU-sse edastada hämmastavalt suure kiirusega.

Siin on, kuidas andmed liiguvad läbi mälusüsteemide kaasaegses arvutis.

• Mälukettad (teisemälu): See seade suudab andmeid püsivalt salvestada, kuid pole nii kiire kui protsessor. Seetõttu ei pääse CPU otse teisesest salvestussüsteemist andmetele juurde.
• RAM (esmane mälu): See salvestussüsteem on kiirem kui sekundaarne salvestussüsteem, kuid ei saa andmeid püsivalt salvestada. Seega, kui avate oma süsteemis faili, liigub see kõvakettalt RAM-i. See tähendab, et isegi RAM pole protsessori jaoks piisavalt kiire.
• Vahemälu (esmane mälu): Selle probleemi lahendamiseks on CPU-sse manustatud teatud tüüpi esmane mälu, mida nimetatakse vahemäluks ja mis on arvuti kiireim mälusüsteem. See mälusüsteem on jagatud kolmeks osaks, nimelt L1, L2 ja L3 vahemälu. Seetõttu liiguvad kõik andmed, mida protsessor peab töötlema, kõvakettalt RAM-i ja seejärel vahemällu. See tähendab, et CPU ei pääse andmetele otse vahemälust juurde.
• CPU registrid (esmane mälu): Arvutusseadme CPU-register on väikese suurusega ja põhineb protsessori arhitektuuril. Need registrid võivad sisaldada 32 või 64 bitti andmeid. Kui andmed liiguvad nendesse registritesse, pääseb CPU neile juurde ja täidab käsilolevat ülesannet.

RAM-i ja selle toimimise mõistmine

Nagu varem selgitatud, vastutab seadme muutmälu arvutis olevate programmide jaoks andmete salvestamise ja CPU-le edastamise eest. Nende andmete salvestamiseks kasutab muutmälu dünaamilist mäluelementi (DRAM).

See rakk luuakse kondensaatori ja transistori abil. Selles paigutuses olevat kondensaatorit kasutatakse laengu salvestamiseks ja see põhineb kondensaatori laengu olekul; mälulahtris võib olla kas 1 või 0.

Kui kondensaator on täielikult laetud, salvestab see väidetavalt 1. Teisest küljest, kui see tühjeneb, salvestab see väidetavalt 0. Kuigi DRAM-element on võimeline laenguid salvestama, on sellel mälukujundusel oma puudused.

Näete, kuna RAM kasutab laengu salvestamiseks kondensaatoreid, kipub see sellesse salvestatud laengut kaotama. Seetõttu võivad RAM-i salvestatud andmed kaduda. Selle probleemi lahendamiseks värskendatakse kondensaatoritesse salvestatud laengut sensorvõimendite abil, vältides RAM-il salvestatud teabe kaotamist.

Kuigi see tasude värskendamine võimaldab RAM-il andmeid salvestada, kui arvuti on sisse lülitatud, tutvustab see süsteemi latentsus, kuna RAM ei saa värskendamise ajal CPU-le andmeid edastada – see aeglustab süsteemi tööd alla.

Lisaks on RAM ühendatud emaplaadiga, mis omakorda on ühendatud pesade abil protsessoriga. Seega on muutmälu ja protsessori vahel märkimisväärne vahemaa, mis pikendab andmete CPU-sse edastamise aega.

Ülalmainitud põhjustel edastab RAM protsessorile andmeid ainult iga 17 nanosekundi järel. Selle kiirusega ei suuda protsessor saavutada oma tippjõudlust. Selle põhjuseks on asjaolu, et 4 gigahertsi turbovõimendussagedusel töötades tuleb CPU-le anda andmeid iga veerand nanosekundi järel, et tagada parim jõudlus.

Selle probleemi lahendamiseks on meil vahemälu, teine ​​ajutine salvestussüsteem, mis on palju kiirem kui RAM.

Vahemälu selgitus

Nüüd, kui me teame RAM-iga kaasnevatest hoiatustest, võime vaadata vahemälu ja seda, kuidas see lahendab RAM-iga kaasneva probleemi.

Esiteks ei ole emaplaadil vahemälu. Selle asemel asetatakse see protsessorile endale. Tänu sellele salvestatakse andmed CPU-le lähemale, mis võimaldab andmetele kiiremini juurde pääseda.

Lisaks sellele ei salvesta vahemälu andmeid kõigi teie süsteemis töötavate programmide kohta. Selle asemel säilitab see ainult neid andmeid, mida protsessor sageli küsib. Nende erinevuste tõttu suudab vahemälu protsessorile andmeid saata hämmastavalt suure kiirusega.

Lisaks kasutab vahemälu võrreldes RAM-iga andmete salvestamiseks staatilisi rakke (SRAM). Võrreldes dünaamiliste elementidega ei vaja staatiline mälu värskendamist, kuna need ei kasuta laengute salvestamiseks kondensaatoreid.

Selle asemel kasutab see teabe salvestamiseks 6-st transistorist koosnevat komplekti. Tänu transistoride kasutamisele ei kaota staatiline element aja jooksul laetust, võimaldades vahemällu anda protsessorile andmeid palju suurema kiirusega.

See tähendab, et ka vahemällul on oma puudused. Esiteks on see RAM-iga võrreldes palju kulukam. Lisaks on staatiline RAM-i element DRAM-iga võrreldes palju suurem, kuna ühe teabebiti salvestamiseks kasutatakse 6 transistori komplekti. See on oluliselt suurem kui DRAM-elemendi ühe kondensaatoriga disain.

Tänu sellele on SRAM-i mälutihedus palju väiksem ja ühe suure salvestusmahuga SRAM-i paigutamine protsessorivormingusse pole võimalik. Seetõttu on selle probleemi lahendamiseks vahemälu jagatud kolme kategooriasse, nimelt L1, L2 ja L3 vahemälu, ning see paigutatakse protsessori sisse ja väljapoole.

RAM vs. Vahemälu

Nüüd, kui meil on põhiteadmised RAM-ist ja vahemälust, saame vaadata, kuidas neid omavahel võrrelda.

Vahemälu on palju kiirem kui RAM

Nii RAM kui ka vahemälu on muutlikud mälusüsteemid, kuid mõlemad täidavad eristatavaid ülesandeid. Ühest küljest salvestab RAM teie süsteemis töötavad programmid, samas kui vahemälu toetab RAM-i, salvestades sageli kasutatavad andmed protsessori lähedale, mis parandab jõudlust.

Seega, kui otsite suurepärast jõudlust pakkuvat süsteemi, on oluline vaadata kaasasolevat RAM-i ja vahemälu. Suurepärane tasakaal mõlema mälusüsteemi vahel on teie arvutist maksimaalse kasu saamiseks hädavajalik.