Jaka jest różnica między pamięcią RAM a pamięcią podręczną?

Jeśli jesteś entuzjastą technologii, być może słyszałeś o pamięci podręcznej i o tym, jak współpracują z pamięcią RAM w twoim systemie, aby przyspieszyć działanie. Ale czy zastanawiałeś się kiedyś, czym jest pamięć podręczna i czym różni się od pamięci RAM?

Cóż, jeśli tak, jesteś we właściwym miejscu, ponieważ przyjrzymy się wszystkiemu, co odróżnia pamięć podręczną od pamięci RAM.

Poznaj systemy pamięci w swoim komputerze

Zanim zaczniemy porównywać pamięć RAM z pamięcią podręczną, ważne jest, aby zrozumieć, jak zaprojektowany jest system pamięci w komputerze.

Widzisz, zarówno pamięć RAM, jak i pamięć podręczna to systemy przechowywania pamięci ulotnej. Oznacza to, że oba te systemy pamięci masowej mogą tymczasowo przechowywać dane i działają tylko wtedy, gdy jest do nich podłączone zasilanie. Dlatego po wyłączeniu komputera wszystkie dane przechowywane w pamięci RAM i pamięci podręcznej są usuwane.

Z tego powodu każde urządzenie komputerowe ma dwa różne typy systemów pamięci masowej — mianowicie pamięć podstawową i dodatkową. Dyski to dodatkowa pamięć w systemie komputerowym, w której zapisywane są pliki, zdolna do przechowywania danych, gdy zasilanie jest wyłączone. Z drugiej strony, podstawowe systemy pamięci dostarczają dane do procesora po włączeniu.

Ale po co mieć system pamięci na komputerze, który nie może przechowywać danych, gdy jest wyłączony? Cóż, istnieje ważny powód, dla którego podstawowe systemy pamięci masowej są kwintesencją komputera.

Widzisz, chociaż podstawowa pamięć w twoim systemie nie jest w stanie przechowywać danych, gdy nie ma zasilania, są one znacznie szybsze w porównaniu z dodatkowymi systemami pamięci masowej. Jeśli chodzi o liczby, dodatkowe systemy pamięci masowej, takie jak dyski SSD, mają czas dostępu wynoszący 50 mikrosekund.

Natomiast systemy pamięci podstawowej, takie jak pamięć o dostępie swobodnym, mogą dostarczać dane do procesora co 17 nanosekund. Dlatego systemy pamięci podstawowej są prawie 3000 razy szybsze w porównaniu z systemami pamięci dodatkowej.

Ze względu na tę różnicę prędkości systemy komputerowe mają hierarchię pamięci, która umożliwia dostarczanie danych do procesora z zadziwiająco dużą szybkością.

Oto jak dane przepływają przez systemy pamięci w nowoczesnym komputerze.

• Dyski pamięci masowej (pamięć dodatkowa): To urządzenie może przechowywać dane na stałe, ale nie jest tak szybkie jak procesor. Z tego powodu procesor nie może uzyskać dostępu do danych bezpośrednio z dodatkowego systemu pamięci masowej.
• RAM (pamięć podstawowa): Ten system pamięci masowej jest szybszy niż system pamięci dodatkowej, ale nie może trwale przechowywać danych. Dlatego po otwarciu pliku w systemie przenosi się on z dysku twardego do pamięci RAM. To powiedziawszy, nawet pamięć RAM nie jest wystarczająco szybka dla procesora.
• Pamięć podręczna (pamięć podstawowa): Aby rozwiązać ten problem, w procesor wbudowany jest określony typ pamięci podstawowej, zwany pamięcią podręczną, która jest najszybszym systemem pamięci w komputerze. Ten system pamięci jest podzielony na trzy części, a mianowicie pamięć podręczną L1, L2 i L3. Dlatego wszelkie dane, które muszą zostać przetworzone przez procesor, są przenoszone z dysku twardego do pamięci RAM, a następnie do pamięci podręcznej. To powiedziawszy, procesor nie może uzyskać dostępu do danych bezpośrednio z pamięci podręcznej.
• Rejestry procesora (pamięć podstawowa): Rejestr procesora w urządzeniu komputerowym ma niewielki rozmiar i jest oparty na architekturze procesora. Rejestry te mogą przechowywać 32 lub 64 bity danych. Gdy dane zostaną przeniesione do tych rejestrów, procesor może uzyskać do nich dostęp i wykonać zadanie.

Zrozumienie pamięci RAM i sposobu jej działania

Jak wyjaśniono wcześniej, pamięć o dostępie swobodnym w urządzeniu jest odpowiedzialna za przechowywanie i dostarczanie danych do procesora dla programów na komputerze. Do przechowywania tych danych pamięć o dostępie swobodnym wykorzystuje komórkę pamięci dynamicznej (DRAM).

To ogniwo jest tworzone za pomocą kondensatora i tranzystora. Kondensator w tym układzie służy do przechowywania ładunku i jest oparty na stanie naładowania kondensatora; komórka pamięci może zawierać 1 lub 0.

Jeśli kondensator jest w pełni naładowany, mówi się, że przechowuje 1. Z drugiej strony, gdy jest rozładowany, mówi się, że przechowuje 0. Chociaż komórka DRAM może przechowywać ładunki, ta konstrukcja pamięci ma swoje wady.

Widzisz, ponieważ pamięć RAM wykorzystuje kondensatory do przechowywania ładunku, ma tendencję do utraty ładunku, który w nim przechowywał. Z tego powodu dane przechowywane w pamięci RAM mogą zostać utracone. Aby rozwiązać ten problem, ładunek przechowywany w kondensatorach jest odświeżany za pomocą wzmacniaczy sensorycznych, co zapobiega utracie przechowywanych informacji w pamięci RAM.

Chociaż to odświeżanie opłat umożliwia pamięci RAM przechowywanie danych, gdy komputer jest włączony, wprowadza opóźnienie w systemie, ponieważ pamięć RAM nie może przesyłać danych do procesora podczas odświeżania, co spowalnia system.

Oprócz tego pamięć RAM jest podłączona do płyty głównej, która z kolei jest połączona z procesorem za pomocą gniazd. W związku z tym istnieje znaczna odległość między pamięcią RAM a procesorem, co wydłuża czas dostarczania danych do procesora.

Z powodów wymienionych powyżej pamięć RAM dostarcza dane do procesora tylko co 17 nanosekund. Przy tej szybkości procesor nie może osiągnąć maksymalnej wydajności. Wynika to z faktu, że procesor musi otrzymywać dane co ćwierć nanosekundy, aby zapewnić najlepszą wydajność podczas pracy z częstotliwością turbo doładowania wynoszącą 4 gigaherce.

Aby rozwiązać ten problem, mamy pamięć podręczną, inny system tymczasowego przechowywania znacznie szybszy niż pamięć RAM.

Wyjaśnienie pamięci podręcznej

Teraz, gdy wiemy o zastrzeżeniach związanych z pamięcią RAM, możemy przyjrzeć się pamięci podręcznej i temu, jak rozwiązuje ona problem związany z pamięcią RAM.

Przede wszystkim pamięć podręczna nie jest obecna na płycie głównej. Zamiast tego jest umieszczony na samym procesorze. Dzięki temu dane są przechowywane bliżej procesora, co umożliwia szybszy dostęp do danych.

Oprócz tego pamięć podręczna nie przechowuje danych dla wszystkich programów uruchomionych w systemie. Zamiast tego przechowuje tylko dane, których często żąda procesor. Dzięki tym różnicom pamięć podręczna może przesyłać dane do procesora z zadziwiająco dużą szybkością.

Ponadto, w porównaniu z pamięcią RAM, pamięć podręczna wykorzystuje komórki statyczne (SRAM) do przechowywania danych. W porównaniu z ogniwami dynamicznymi pamięć statyczna nie wymaga odświeżania, ponieważ nie wykorzystuje kondensatorów do przechowywania ładunków.

Zamiast tego używa zestawu 6 tranzystorów do przechowywania informacji. Dzięki zastosowaniu tranzystorów ogniwo statyczne nie traci ładunku z upływem czasu, dzięki czemu pamięć podręczna może dostarczać dane do procesora ze znacznie większą szybkością.

To powiedziawszy, pamięć podręczna również ma swoje wady. Po pierwsze, jest znacznie droższy w porównaniu z pamięcią RAM. Dodatkowo statyczna komórka RAM jest znacznie większa w porównaniu z pamięcią DRAM, ponieważ zestaw 6 tranzystorów służy do przechowywania jednego bitu informacji. Jest to znacznie więcej niż konstrukcja pojedynczego kondensatora komórki DRAM.

Z tego powodu gęstość pamięci SRAM jest znacznie mniejsza, a umieszczenie pojedynczej pamięci SRAM o dużym rozmiarze pamięci na matrycy procesora nie jest możliwe. Dlatego, aby rozwiązać ten problem, pamięć podręczna jest podzielona na trzy kategorie, a mianowicie pamięć podręczna L1, L2 i L3, i jest umieszczana wewnątrz i na zewnątrz procesora.

Pamięć RAM a pamięć podręczna

Teraz, gdy mamy podstawową wiedzę na temat pamięci RAM i pamięci podręcznej, możemy przyjrzeć się ich porównaniu.

Pamięć podręczna jest znacznie szybsza niż pamięć RAM

Zarówno pamięć RAM, jak i pamięć podręczna są systemami pamięci ulotnej, jednak oba służą odrębnym zadaniom. Z jednej strony pamięć RAM przechowuje programy uruchomione w systemie, podczas gdy pamięć podręczna wspiera pamięć RAM, przechowując często używane dane blisko procesora — poprawiając wydajność.

Dlatego jeśli szukasz systemu, który oferuje doskonałą wydajność, konieczne jest przyjrzenie się pamięci RAM i pamięci podręcznej, z którymi jest wyposażony. Znakomita równowaga między obydwoma systemami pamięci jest kwintesencją maksymalnego wykorzystania możliwości komputera.