Aký je rozdiel medzi RAM a vyrovnávacou pamäťou?

Ak ste technologický nadšenec, možno ste už počuli o vyrovnávacej pamäti a o tom, ako fungujú s pamäťou RAM vo vašom systéme, aby bol rýchlejší. Zamysleli ste sa však niekedy nad tým, čo je vyrovnávacia pamäť a ako sa líši od pamäte RAM?

Ak áno, ste na správnom mieste, pretože sa pozrieme na všetko, čo odlišuje vyrovnávaciu pamäť od RAM.

Zoznámte sa s pamäťovými systémami vášho počítača

Predtým, než začneme porovnávať RAM a vyrovnávaciu pamäť, je dôležité pochopiť, ako je navrhnutý pamäťový systém v počítači.

Ako vidíte, RAM aj vyrovnávacia pamäť sú nestabilné systémy na ukladanie pamäte. To znamená, že oba tieto úložné systémy môžu dočasne ukladať dáta a fungovať len vtedy, keď sú napájané. Preto, keď vypnete počítač, všetky údaje uložené v pamäti RAM a vyrovnávacej pamäti sa vymažú.

Z tohto dôvodu má každé počítačové zariadenie dva rôzne typy úložných systémov – a to primárnu a sekundárnu pamäť. Jednotky sú sekundárnou pamäťou v počítačovom systéme, kde si ukladáte svoje súbory a ktorá je schopná ukladať dáta aj pri vypnutom napájaní. Na druhej strane primárne pamäťové systémy dodávajú dáta do CPU, keď sú zapnuté.

Ale prečo mať v počítači pamäťový systém, ktorý nedokáže ukladať dáta, keď je vypnutý? Existuje veľký dôvod, prečo sú primárne úložné systémy pre počítač podstatné.

Vidíte, hoci primárna pamäť vo vašom systéme nie je schopná ukladať údaje, keď nie je napájanie, je oveľa rýchlejšia v porovnaní so sekundárnymi úložnými systémami. Čo sa týka čísel, sekundárne úložné systémy, ako sú SSD, majú prístupovú dobu 50 mikrosekúnd.

Naproti tomu systémy primárnej pamäte, ako je pamäť s náhodným prístupom, môžu dodávať údaje do CPU každých 17 nanosekúnd. Primárne pamäťové systémy sú preto takmer 3000-krát rýchlejšie v porovnaní so sekundárnymi pamäťovými systémami.

Kvôli tomuto rozdielu v rýchlostiach sa počítačové systémy dodávajú s pamäťovou hierarchiou, ktorá umožňuje doručovanie údajov do CPU neuveriteľne vysokou rýchlosťou.

Takto sa údaje pohybujú cez pamäťové systémy v modernom počítači.

• Úložné jednotky (sekundárna pamäť): Toto zariadenie dokáže ukladať dáta trvalo, ale nie je také rýchle ako CPU. Z tohto dôvodu CPU nemôže pristupovať k údajom priamo zo sekundárneho úložného systému.
• RAM (primárna pamäť): Tento úložný systém je rýchlejší ako sekundárny úložný systém, ale nedokáže ukladať údaje natrvalo. Preto, keď otvoríte súbor vo vašom systéme, presunie sa z pevného disku do pamäte RAM. To znamená, že ani RAM nie je dostatočne rýchla pre CPU.
• Cache (primárna pamäť): Na vyriešenie tohto problému je v CPU zabudovaný konkrétny typ primárnej pamäte známy ako vyrovnávacia pamäť, ktorá je najrýchlejším pamäťovým systémom v počítači. Tento pamäťový systém je rozdelený na tri časti, a to na Vyrovnávacia pamäť L1, L2 a L3. Preto sa všetky údaje, ktoré potrebuje procesor spracovať, presúvajú z pevného disku do RAM a potom do vyrovnávacej pamäte. To znamená, že CPU nemôže pristupovať k údajom priamo z vyrovnávacej pamäte.
• Registre CPU (primárna pamäť): Register CPU na výpočtovom zariadení má malú veľkosť a je založený na architektúre procesora. Tieto registre môžu obsahovať 32 alebo 64 bitov údajov. Akonáhle sa údaje presunú do týchto registrov, CPU k nim môže pristupovať a vykonávať danú úlohu.

Pochopenie pamäte RAM a jej fungovania

Ako bolo vysvetlené vyššie, pamäť s náhodným prístupom na zariadení je zodpovedná za ukladanie a dodávanie dát do CPU pre programy v počítači. Na ukladanie týchto údajov používa pamäť s náhodným prístupom dynamickú pamäťovú bunku (DRAM).

Táto bunka je vytvorená pomocou kondenzátora a tranzistora. Kondenzátor v tomto usporiadaní sa používa na ukladanie náboja a na základe stavu nabitia kondenzátora; pamäťová bunka môže obsahovať buď 1 alebo 0.

Ak je kondenzátor plne nabitý, hovorí sa, že uchováva 1. Na druhej strane, keď sa vybije, hovorí sa, že uloží 0. Hoci bunka DRAM je schopná ukladať náboje, tento dizajn pamäte má svoje nedostatky.

Vidíte, keďže RAM používa kondenzátory na ukladanie náboja, má tendenciu stratiť náboj, ktorý je v ňom uložený. V dôsledku toho môže dôjsť k strate údajov uložených v pamäti RAM. Na vyriešenie tohto problému sa náboj uložený v kondenzátoroch obnovuje pomocou snímacích zosilňovačov, čím sa bráni RAM v strate uložených informácií.

Hoci toto obnovenie poplatkov umožňuje RAM ukladať dáta, keď je počítač zapnutý, predstavuje latencia v systéme, pretože RAM nemôže prenášať údaje do CPU, keď sa obnovuje - spomaľuje systém dole.

Okrem toho je RAM pripojená k základnej doske, ktorá je zase pripojená k CPU pomocou zásuviek. Medzi RAM a CPU je teda značná vzdialenosť, čo zvyšuje čas doručovania údajov do CPU.

Z vyššie uvedených dôvodov RAM dodáva údaje do CPU iba každých 17 nanosekúnd. Pri tejto rýchlosti CPU nemôže dosiahnuť svoj špičkový výkon. Je to preto, že CPU musí byť zásobované dátami každú štvrť nanosekundy, aby sa dosiahol najlepší výkon pri prevádzke na frekvencii turbo boost 4 GHz.

Na vyriešenie tohto problému máme vyrovnávaciu pamäť, ďalší dočasný úložný systém oveľa rýchlejší ako RAM.

Vysvetlenie vyrovnávacej pamäte

Teraz, keď vieme o varovaniach, ktoré prichádzajú s RAM, môžeme sa pozrieť na vyrovnávaciu pamäť a ako rieši problém, ktorý prichádza s RAM.

V prvom rade sa na základnej doske nenachádza vyrovnávacia pamäť. Namiesto toho je umiestnený na samotnom CPU. Vďaka tomu sa údaje ukladajú bližšie k CPU, čo mu umožňuje rýchlejší prístup k údajom.

Okrem toho vyrovnávacia pamäť neukladá údaje pre všetky programy spustené vo vašom systéme. Namiesto toho uchováva iba údaje, ktoré CPU často vyžaduje. Vďaka týmto rozdielom môže vyrovnávacia pamäť odosielať údaje do CPU úžasne vysokou rýchlosťou.

Okrem toho, v porovnaní s RAM, vyrovnávacia pamäť používa na ukladanie údajov statické bunky (SRAM). V porovnaní s dynamickými článkami statická pamäť nepotrebuje obnovenie, pretože na ukladanie nábojov nepoužívajú kondenzátory.

Namiesto toho používa na ukladanie informácií sadu 6 tranzistorov. Vďaka použitiu tranzistorov nestráca statický článok v priebehu času náboj, čo umožňuje vyrovnávacej pamäti dodávať dáta do CPU oveľa rýchlejšími rýchlosťami.

To znamená, že vyrovnávacia pamäť má tiež svoje nedostatky. Po prvé, je to oveľa drahšie v porovnaní s RAM. Okrem toho je statická bunka RAM oveľa väčšia v porovnaní s DRAM, pretože na uloženie jedného bitu informácií sa používa sada 6 tranzistorov. To je podstatne väčšie ako konštrukcia s jedným kondenzátorom bunky DRAM.

Z tohto dôvodu je hustota pamäte SRAM oveľa nižšia a umiestnenie jednej SRAM s veľkou veľkosťou úložného priestoru na matricu CPU nie je možné. Na vyriešenie tohto problému je preto vyrovnávacia pamäť rozdelená do troch kategórií, konkrétne vyrovnávacia pamäť L1, L2 a L3, a je umiestnená vo vnútri a mimo CPU.

RAM vs. Rýchla vyrovnávacia pamäť

Teraz, keď máme základné znalosti o RAM a vyrovnávacej pamäti, môžeme sa pozrieť na to, ako sa navzájom porovnávajú.

Vyrovnávacia pamäť je oveľa rýchlejšia ako RAM

RAM aj vyrovnávacia pamäť sú nestabilné pamäťové systémy, no obe slúžia na odlišné úlohy. Na jednej strane RAM ukladá programy spustené vo vašom systéme, zatiaľ čo vyrovnávacia pamäť podporuje RAM ukladaním často používaných údajov v blízkosti CPU, čím sa zvyšuje výkon.

Preto, ak hľadáte systém, ktorý ponúka skvelý výkon, je nevyhnutné pozrieť sa na RAM a vyrovnávaciu pamäť, s ktorou je dodávaný. Vynikajúca rovnováha medzi oboma pamäťovými systémami je základom pre maximálne využitie vášho počítača.