Hva er forskjellen mellom RAM og cache-minne?

Hvis du er en teknologientusiast, har du kanskje hørt om cacher og hvordan de fungerer med RAM-en på systemet ditt for å gjøre det raskere. Men har du noen gang lurt på hva cache er og hvordan den er forskjellig fra RAM?

Vel, hvis du har, er du på rett sted fordi vi vil se på alt som skiller cache-minne fra RAM.

Bli kjent med minnesystemene på datamaskinen din

Før vi begynner å sammenligne RAM med cache, er det viktig å forstå hvordan minnesystemet på en datamaskin er utformet.

Du skjønner, både RAM og cache er flyktige minnelagringssystemer. Dette betyr at begge disse lagringssystemene kan midlertidig lagre data og kun fungere når det tilføres strøm til dem. Derfor, når du slår av datamaskinen, slettes alle data som er lagret i RAM og cache.

På grunn av denne grunn har enhver dataenhet to forskjellige typer lagringssystemer - nemlig primært og sekundært minne. Stasjonene er det sekundære minnet på et datasystem hvor du lagrer filene dine, og er i stand til å lagre data når strømmen er av. På den annen side leverer de primære minnesystemene data til CPU-en når de er slått på.

Men hvorfor ha et minnesystem på datamaskinen som ikke kan lagre data når den er slått av? Vel, det er en stor grunn til at primære lagringssystemer er avgjørende for en datamaskin.

Du skjønner, selv om primærminnet på systemet ditt ikke er i stand til å lagre data når det ikke er strøm, er de mye raskere sammenlignet med sekundære lagringssystemer. Når det gjelder tall, sekundære lagringssystemer som SSD-er har en tilgangstid på 50 mikrosekunder.

Derimot kan primære minnesystemer, for eksempel minne med tilfeldig tilgang, levere data til CPUen hvert 17. nanosekund. Derfor er primære minnesystemer nesten 3000 ganger raskere sammenlignet med sekundære lagringssystemer.

På grunn av denne forskjellen i hastigheter kommer datasystemer med et minnehierarki, som gjør at dataene kan leveres til CPU-en med forbløffende høye hastigheter.

Her er hvordan data beveger seg gjennom minnesystemene i en moderne datamaskin.

• Lagringsstasjoner (sekundært minne): Denne enheten kan lagre data permanent, men er ikke like rask som CPU. På grunn av dette kan ikke CPU-en få tilgang til data direkte fra det sekundære lagringssystemet.
• RAM (primært minne): Dette lagringssystemet er raskere enn det sekundære lagringssystemet, men kan ikke lagre data permanent. Derfor, når du åpner en fil på systemet ditt, flyttes den fra harddisken til RAM. Når det er sagt, selv RAM er ikke rask nok for CPU.
• Cache (primært minne): For å løse dette problemet er en bestemt type primærminne kjent som cache-minne innebygd i CPU-en og er det raskeste minnesystemet på en datamaskin. Dette minnesystemet er delt inn i tre deler, nemlig L1, L2 og L3 cache. Derfor flytter alle data som må behandles av CPU-en fra harddisken til RAM-en og deretter til cache-minnet. Når det er sagt, kan ikke CPU-en få tilgang til data direkte fra cachen.
• CPU-registre (primært minne): CPU-registeret på en dataenhet er liten i størrelse og er basert på prosessorarkitekturen. Disse registrene kan inneholde 32 eller 64 biter med data. Når dataene flyttes inn i disse registrene, kan CPU-en få tilgang til dem og utføre oppgaven.

Forstå RAM og hvordan det fungerer

Som forklart tidligere, er tilfeldig tilgangsminnet på en enhet ansvarlig for å lagre og levere data til CPU-en for programmer på datamaskinen. For å lagre disse dataene bruker tilfeldig tilgangsminne en dynamisk minnecelle (DRAM).

Denne cellen er laget ved hjelp av en kondensator og en transistor. Kondensatoren i dette arrangementet brukes til å lagre ladning, og basert på ladningstilstanden til kondensatoren; minnecellen kan enten inneholde en 1 eller en 0.

Hvis kondensatoren er fulladet, sies det å lagre en 1. På den annen side, når det er utladet, sies det å lagre 0. Selv om DRAM-cellen er i stand til å lagre ladninger, kommer denne minnedesignen med sine feil.

Du skjønner, ettersom RAM bruker kondensatorer til å lagre ladning, har den en tendens til å miste ladningen den har lagret i den. På grunn av dette kan data som er lagret i RAM-en gå tapt. For å løse dette problemet oppdateres ladningen som er lagret i kondensatorene ved hjelp av sensorforsterkere – noe som forhindrer at RAM-minnet mister den lagrede informasjonen.

Selv om denne oppfriskende kostnadene gjør det mulig for RAM å lagre data når datamaskinen er slått på, introduserer den ventetid i systemet da RAM-en ikke kan overføre data til CPU-en når den oppdateres – reduserer systemet ned.

I tillegg til dette er RAM-en koblet til hovedkortet, som igjen er koblet til CPU-en ved hjelp av stikkontakter. Derfor er det en betydelig avstand mellom RAM og CPU, noe som øker tiden data leveres til CPU.

På grunn av årsakene nevnt ovenfor, leverer RAM kun data til CPUen hvert 17. nanosekund. Med den hastigheten kan ikke CPUen nå toppytelsen. Dette er fordi CPU-en må tilføres data hvert kvart nanosekund for å levere best ytelse når den kjøres på en turbo-boost-frekvens på 4 Gigahertz.

For å løse dette problemet har vi cache-minne, et annet midlertidig lagringssystem mye raskere enn RAM.

Cache-minne forklart

Nå som vi vet om forbeholdene som følger med RAM, kan vi se på cache-minne og hvordan det løser problemet som følger med RAM.

Først og fremst er det ikke cache-minne på hovedkortet. I stedet plasseres den på selve CPUen. På grunn av dette lagres data nærmere CPU-en slik at den får tilgang til data raskere.

I tillegg til dette lagrer ikke bufferminnet data for alle programmene som kjører på systemet ditt. I stedet beholder den bare data som ofte etterspørres av CPU. På grunn av disse forskjellene kan cachen sende data til CPU-en med forbløffende høye hastigheter.

I tillegg, sammenlignet med RAM, bruker cache-minne statiske celler (SRAM) for å lagre data. Sammenlignet med dynamiske celler trenger ikke statisk minne oppfriskning siden de ikke bruker kondensatorer til å lagre ladninger.

I stedet bruker den et sett med 6 transistorer for å lagre informasjon. På grunn av bruken av transistorer, mister ikke den statiske cellen ladning over tid, noe som gjør at cachen kan levere data til CPU-en med mye høyere hastigheter.

Når det er sagt, har også cache-minne sine mangler. For det første er det mye dyrere sammenlignet med RAM. I tillegg er en statisk RAM-celle mye større sammenlignet med en DRAM, ettersom et sett med 6 transistorer brukes til å lagre en bit informasjon. Dette er vesentlig større enn DRAM-cellens enkeltkondensatordesign.

På grunn av dette er minnetettheten til SRAM mye lavere, og det er ikke mulig å plassere en enkelt SRAM med stor lagringsstørrelse på CPU-matrisen. Derfor, for å løse dette problemet, er cache-minne delt inn i tre kategorier, nemlig L1, L2 og L3 cache, og plasseres i og utenfor CPU.

RAM vs. Bufferminnet

Nå som vi har en grunnleggende forståelse av RAM og cache, kan vi se på hvordan de sammenlignes med hverandre.

Bufferminne er mye raskere enn RAM

Både RAM og cache er flyktige minnesystemer, men begge tjener særegne oppgaver. På den ene siden lagrer RAM programmene som kjører på systemet ditt, mens cache støtter RAM ved å lagre ofte brukte data nær CPU-en – noe som forbedrer ytelsen.

Derfor, hvis du ser etter et system som tilbyr god ytelse, er det viktig å se på RAM-en og hurtigbufferen det kommer med. En enestående balanse mellom begge minnesystemene er avgjørende for å få mest mulig ut av PC-en din.