Hvad er forskellen mellem RAM og cachehukommelse?

Hvis du er en teknologientusiast, har du måske hørt om caches, og hvordan de arbejder med RAM'en på dit system for at gøre det hurtigere. Men har du nogensinde spekuleret på, hvad cache er, og hvordan det adskiller sig fra RAM?

Nå, hvis du har, er du på det rigtige sted, fordi vi vil se på alt, hvad der adskiller cachehukommelse fra RAM.

Lær hukommelsessystemerne på din computer at kende

Før vi begynder at sammenligne RAM med cache, er det vigtigt at forstå, hvordan hukommelsessystemet på en computer er designet.

Du kan se, både RAM og cache er flygtige hukommelseslagringssystemer. Det betyder, at begge disse lagringssystemer midlertidigt kan lagre data og kun fungerer, når der er strøm til dem. Derfor, når du slukker din computer, slettes alle data, der er gemt i RAM og cache.

På grund af denne grund har enhver computerenhed to forskellige typer lagersystemer - nemlig primær og sekundær hukommelse. Drevene er den sekundære hukommelse på et computersystem, hvor du gemmer dine filer, og er i stand til at gemme data, når strømmen er slukket. På den anden side leverer de primære hukommelsessystemer data til CPU'en, når de er tændt.

Men hvorfor have et hukommelsessystem på computeren, som ikke kan gemme data, når den er slukket? Nå, der er en stor grund til, at primære lagringssystemer er essentielle for en computer.

Du kan se, selvom den primære hukommelse på dit system ikke er i stand til at lagre data, når der ikke er strøm, er de meget hurtigere sammenlignet med sekundære lagersystemer. Med hensyn til tal, sekundære lagersystemer som SSD'er har en adgangstid på 50 mikrosekunder.

I modsætning hertil kan primære hukommelsessystemer, såsom random access memory, levere data til CPU'en hvert 17. nanosekund. Derfor er primære hukommelsessystemer næsten 3.000 gange hurtigere sammenlignet med sekundære lagringssystemer.

På grund af denne forskel i hastigheder kommer computersystemer med et hukommelseshierarki, som gør det muligt at levere data til CPU'en med forbløffende hurtige hastigheder.

Her er, hvordan data bevæger sig gennem hukommelsessystemerne i en moderne computer.

• Lagerdrev (sekundær hukommelse): Denne enhed kan gemme data permanent, men er ikke så hurtig som CPU'en. På grund af dette kan CPU'en ikke få adgang til data direkte fra det sekundære lagersystem.
• RAM (primær hukommelse): Dette lagersystem er hurtigere end det sekundære lagersystem, men kan ikke gemme data permanent. Derfor, når du åbner en fil på dit system, flyttes den fra harddisken til RAM'en. Når det er sagt, er selv RAM ikke hurtig nok til CPU'en.
• Cache (primær hukommelse): For at løse dette problem er en bestemt type primær hukommelse kendt som cache-hukommelse indlejret i CPU'en og er det hurtigste hukommelsessystem på en computer. Dette hukommelsessystem er opdelt i tre dele, nemlig L1, L2 og L3 cache. Derfor flytter alle data, som skal behandles af CPU'en, fra harddisken til RAM'en og derefter til cachehukommelsen. Når det er sagt, kan CPU'en ikke få adgang til data direkte fra cachen.
• CPU-registre (primær hukommelse): CPU-registret på en computerenhed er lille i størrelse og er baseret på processorarkitekturen. Disse registre kan indeholde 32 eller 64 bit data. Når dataene flyttes ind i disse registre, kan CPU'en få adgang til dem og udføre den aktuelle opgave.

Forståelse af RAM og hvordan det virker

Som forklaret tidligere er den random access-hukommelse på en enhed ansvarlig for lagring og levering af data til CPU'en for programmer på computeren. For at gemme disse data, bruger random access memory en dynamisk hukommelsescelle (DRAM).

Denne celle er skabt ved hjælp af en kondensator og en transistor. Kondensatoren i dette arrangement bruges til at lagre ladning og er baseret på kondensatorens ladetilstand; hukommelsescellen kan enten indeholde et 1 eller et 0.

Hvis kondensatoren er fuldt opladet, siges den at gemme en 1. På den anden side, når det aflades, siges det at gemme 0. Selvom DRAM-cellen er i stand til at lagre opladninger, kommer dette hukommelsesdesign med sine mangler.

Du kan se, da RAM bruger kondensatorer til at lagre ladning, har den en tendens til at miste den ladning, den har gemt i den. På grund af dette kan data gemt i RAM gå tabt. For at løse dette problem bliver ladningen, der er lagret i kondensatorerne, genopfrisket ved hjælp af sense-forstærkere - hvilket forhindrer RAM i at miste den lagrede information.

Selvom denne opfriskning af opladninger gør det muligt for RAM at gemme data, når computeren er tændt, introducerer den latens i systemet, da RAM'en ikke kan overføre data til CPU'en, når den opdateres - gør systemet langsommere ned.

Ud over dette er RAM'en forbundet til bundkortet, som igen er forbundet til CPU'en ved hjælp af sockets. Derfor er der en betydelig afstand mellem RAM'en og CPU'en, hvilket øger den tid, data leveres til CPU'en.

På grund af ovennævnte årsager leverer RAM kun data til CPU'en hvert 17. nanosekund. Ved den hastighed kan CPU'en ikke nå sin højeste ydeevne. Dette skyldes, at CPU'en skal forsynes med data hvert kvart nanosekund for at levere den bedste ydeevne, når den kører på en turbo boost-frekvens på 4 Gigahertz.

For at løse dette problem har vi cachehukommelse, et andet midlertidigt lagersystem meget hurtigere end RAM.

Cachehukommelse forklaret

Nu hvor vi kender til de forbehold, der følger med RAM, kan vi se på cachehukommelsen, og hvordan det løser problemet, der følger med RAM.

Først og fremmest er cachehukommelse ikke til stede på bundkortet. I stedet placeres den på selve CPU'en. På grund af dette lagres data tættere på CPU'en - hvilket gør det muligt for den at få adgang til data hurtigere.

Ud over dette gemmer cachehukommelsen ikke data for alle de programmer, der kører på dit system. I stedet opbevarer den kun data, der ofte anmodes om af CPU'en. På grund af disse forskelle kan cachen sende data til CPU'en med forbløffende hurtige hastigheder.

Desuden, sammenlignet med RAM, bruger cachehukommelse statiske celler (SRAM) til at gemme data. Sammenlignet med dynamiske celler behøver statisk hukommelse ikke at blive opdateret, da de ikke bruger kondensatorer til at lagre ladninger.

I stedet bruger den et sæt på 6 transistorer til at gemme information. På grund af brugen af ​​transistorer mister den statiske celle ikke ladning over tid, hvilket gør det muligt for cachen at levere data til CPU'en med meget hurtigere hastigheder.

Når det er sagt, har cachehukommelsen også sine mangler. For det første er det meget dyrere sammenlignet med RAM. Derudover er en statisk RAM-celle meget større sammenlignet med en DRAM, da et sæt på 6 transistorer bruges til at gemme en bit information. Dette er væsentligt større end DRAM-cellens enkeltkondensatordesign.

På grund af dette er hukommelsestætheden af ​​SRAM meget lavere, og det er ikke muligt at placere en enkelt SRAM med en stor lagerstørrelse på CPU-matricen. For at løse dette problem er cachehukommelsen opdelt i tre kategorier, nemlig L1, L2 og L3 cache, og placeres i og uden for CPU'en.

RAM vs. Cache hukommelse

Nu hvor vi har en grundlæggende forståelse af RAM og cache, kan vi se på, hvordan de sammenlignes med hinanden.

Cachehukommelsen er meget hurtigere end RAM

Både RAM og cache er flygtige hukommelsessystemer, men begge tjener særprægede opgaver. På den ene side gemmer RAM de programmer, der kører på dit system, mens cache understøtter RAM ved at gemme ofte brugte data tæt på CPU'en - hvilket forbedrer ydeevnen.

Derfor, hvis du leder efter et system, der tilbyder fantastisk ydeevne, er det vigtigt at se på RAM og cache, det kommer med. En enestående balance mellem begge hukommelsessystemer er afgørende for at få mest muligt ud af din pc.