Vad är skillnaden mellan RAM och cacheminne?

Om du är en teknikentusiast kanske du har hört talas om cacher och hur de fungerar med RAM-minnet på ditt system för att göra det snabbare. Men har du någonsin undrat vad cache är och hur det skiljer sig från RAM?

Tja, om du har, är du på rätt plats eftersom vi kommer att titta på allt som skiljer cacheminne från RAM.

Lär känna minnessystemen på din dator

Innan vi börjar jämföra RAM med cache är det viktigt att förstå hur minnessystemet på en dator är utformat.

Du förstår, både RAM och cache är flyktiga minneslagringssystem. Detta innebär att båda dessa lagringssystem tillfälligt kan lagra data och endast fungerar när ström tillförs dem. Därför, när du stänger av din dator, raderas all data som lagras i RAM-minnet och cachen.

På grund av denna anledning har varje datorenhet två olika typer av lagringssystem - nämligen primärt och sekundärt minne. Enheterna är det sekundära minnet på ett datorsystem där du sparar dina filer, som kan lagra data när strömmen är avstängd. Å andra sidan levererar de primära minnessystemen data till CPU: n när de slås på.

Men varför ha ett minnessystem på datorn som inte kan lagra data när den är avstängd? Tja, det finns en stor anledning till varför primära lagringssystem är avgörande för en dator.

Du förstår, även om det primära minnet på ditt system inte kan lagra data när det inte finns någon ström, är de mycket snabbare jämfört med sekundära lagringssystem. Angående siffror, sekundära lagringssystem som SSD: er har en åtkomsttid på 50 mikrosekunder.

Däremot kan primära minnessystem, såsom random access memory, leverera data till CPU var 17:e nanosekund. Därför är primära minnessystem nästan 3 000 gånger snabbare jämfört med sekundära lagringssystem.

På grund av denna skillnad i hastigheter kommer datorsystem med en minneshierarki, vilket gör att data kan levereras till CPU: n med häpnadsväckande snabba hastigheter.

Här är hur data rör sig genom minnessystemen i en modern dator.

• Lagringsenheter (sekundärt minne): Den här enheten kan lagra data permanent men är inte lika snabb som processorn. På grund av detta kan processorn inte komma åt data direkt från det sekundära lagringssystemet.
• RAM (primärt minne): Detta lagringssystem är snabbare än det sekundära lagringssystemet men kan inte lagra data permanent. Därför, när du öppnar en fil på ditt system, flyttas den från hårddisken till RAM-minnet. Som sagt, inte ens RAM-minnet är tillräckligt snabbt för processorn.
• Cache (primärt minne): För att lösa detta problem är en speciell typ av primärminne, känt som cacheminne, inbäddat i CPU: n och är det snabbaste minnessystemet på en dator. Detta minnessystem är uppdelat i tre delar, nämligen L1, L2 och L3 cache. Därför flyttas all data som behöver bearbetas av CPU: n från hårddisken till RAM-minnet och sedan till cacheminnet. Som sagt, CPU: n kan inte komma åt data direkt från cachen.
• CPU-register (primärt minne): CPU-registret på en datorenhet är mycket liten och baseras på processorarkitekturen. Dessa register kan innehålla 32 eller 64 bitar data. När data väl flyttas in i dessa register kan processorn komma åt den och utföra uppgiften.

Förstå RAM och hur det fungerar

Som förklarats tidigare är det direktåtkomstminnet på en enhet ansvarigt för att lagra och leverera data till CPU: n för program på datorn. För att lagra dessa data, använder direktminnet en dynamisk minnescell (DRAM).

Denna cell skapas med hjälp av en kondensator och en transistor. Kondensatorn i detta arrangemang används för att lagra laddning och baserat på kondensatorns laddningstillstånd; Minnescellen kan antingen hålla en 1 eller en 0.

Om kondensatorn är fulladdad sägs den lagra en 1. Å andra sidan, när den töms, sägs den lagra 0. Även om DRAM-cellen kan lagra laddningar, kommer denna minnesdesign med sina brister.

Du förstår, eftersom RAM använder kondensatorer för att lagra laddning, tenderar det att förlora laddningen som det har lagrat i det. På grund av detta kan data som lagras i RAM-minnet gå förlorade. För att lösa detta problem uppdateras laddningen som är lagrad i kondensatorerna med hjälp av avkänningsförstärkare – vilket förhindrar att RAM-minnet förlorar den lagrade informationen.

Även om denna uppdatering av laddningar gör att RAM-minnet kan lagra data när datorn är påslagen, introducerar den latens i systemet eftersom RAM-minnet inte kan överföra data till CPU: n när det uppdateras - saktar ner systemet ner.

Utöver detta är RAM-minnet anslutet till moderkortet, som i sin tur är anslutet till CPU: n med hjälp av uttag. Därför finns det ett avsevärt avstånd mellan RAM och CPU, vilket ökar tiden som data levereras till CPU: n.

På grund av de skäl som nämns ovan, levererar RAM endast data till CPU: n var 17:e nanosekund. Med den hastigheten kan processorn inte nå sin toppprestanda. Detta beror på att CPU: n måste förses med data var fjärdedels nanosekund för att leverera bästa prestanda när den körs på en turboboostfrekvens på 4 Gigahertz.

För att lösa detta problem har vi cacheminne, ett annat temporärt lagringssystem som är mycket snabbare än RAM-minnet.

Cacheminne förklaras

Nu när vi vet om varningarna som följer med RAM, kan vi titta på cacheminne och hur det löser problemet som kommer med RAM.

Först och främst finns inget cacheminne på moderkortet. Istället placeras den på själva processorn. På grund av detta lagras data närmare processorn, vilket gör att den kan komma åt data snabbare.

Utöver detta lagrar inte cacheminnet data för alla program som körs på ditt system. Istället behåller den bara data som ofta efterfrågas av CPU: n. På grund av dessa skillnader kan cachen skicka data till CPU: n med förvånansvärt höga hastigheter.

Dessutom, jämfört med RAM, använder cacheminne statiska celler (SRAM) för att lagra data. Jämfört med dynamiska celler behöver statiskt minne inte uppdateras eftersom de inte använder kondensatorer för att lagra laddningar.

Istället använder den en uppsättning av 6 transistorer för att lagra information. På grund av användningen av transistorer tappar inte den statiska cellen laddning över tiden, vilket gör att cachen kan leverera data till CPU: n med mycket högre hastigheter.

Som sagt, även cacheminne har sina brister. För det första är det mycket dyrare jämfört med RAM. Dessutom är en statisk RAM-cell mycket större jämfört med en DRAM, eftersom en uppsättning av 6 transistorer används för att lagra en bit information. Detta är betydligt större än DRAM-cellens enkelkondensatordesign.

På grund av detta är minnestätheten för SRAM mycket lägre, och det är inte möjligt att placera ett enda SRAM med en stor lagringsstorlek på CPU-matrisen. Därför, för att lösa detta problem, är cacheminnet uppdelat i tre kategorier, nämligen L1, L2 och L3 cache, och placeras inuti och utanför CPU: n.

RAM vs. Cacheminne

Nu när vi har en grundläggande förståelse för RAM och cache, kan vi titta på hur de jämförs med varandra.

Cacheminnet är mycket snabbare än RAM

Både RAM och cache är flyktiga minnessystem, men båda tjänar distinkta uppgifter. Å ena sidan lagrar RAM de program som körs på ditt system, medan cachen stöder RAM genom att lagra data som används ofta nära CPU: n – vilket förbättrar prestandan.

Därför, om du letar efter ett system som erbjuder bra prestanda, är det viktigt att titta på RAM-minnet och cachen som det medföljer. En enastående balans mellan båda minnessystemen är avgörande för att få ut det mesta av din dator.