Ako ste entuzijast tehnologije, možda ste čuli za predmemorije i kako rade s RAM-om na vašem sustavu kako bi ga učinili bržim. Ali jeste li se ikada zapitali što je predmemorija i po čemu se razlikuje od RAM-a?
Pa, ako imate, na pravom ste mjestu jer ćemo pogledati što sve razlikuje cache memoriju od RAM-a.
Upoznajte memorijske sustave na vašem računalu
Prije nego počnemo uspoređivati RAM i predmemoriju, važno je razumjeti kako je dizajniran memorijski sustav na računalu.
Vidite, i RAM i predmemorija su sustavi za pohranu hlapljive memorije. To znači da oba ova sustava za pohranu mogu privremeno pohranjivati podatke i raditi samo kada im se napaja. Stoga, kada isključite računalo, brišu se svi podaci pohranjeni u RAM-u i cacheu.
Zbog tog razloga svaki računalni uređaj ima dvije različite vrste sustava za pohranu — naime, primarnu i sekundarnu memoriju. Pogoni su sekundarna memorija u računalnom sustavu gdje spremate svoje datoteke, sposobni za pohranu podataka kada je napajanje isključeno. S druge strane, primarni memorijski sustavi dostavljaju podatke CPU-u kada su uključeni.
Ali zašto imati memorijski sustav na računalu koji ne može pohraniti podatke kada je isključen? Pa, postoji veliki razlog zašto su primarni sustavi za pohranu ključni za računalo.
Vidite, iako primarna memorija na vašem sustavu nije u stanju pohraniti podatke kada nema struje, oni su mnogo brži u usporedbi sa sekundarnim sustavima za pohranu. Što se tiče brojeva, sekundarni sustavi za pohranu poput SSD-ova imaju vrijeme pristupa od 50 mikrosekundi.
Nasuprot tome, sustavi primarne memorije, kao što je memorija s izravnim pristupom, mogu dostaviti podatke CPU-u svakih 17 nanosekundi. Stoga su primarni memorijski sustavi gotovo 3000 puta brži u usporedbi sa sekundarnim sustavima za pohranu.
Zbog te razlike u brzinama, računalni sustavi dolaze s hijerarhijom memorije, koja omogućuje da se podaci do CPU-a dostave nevjerojatno velikim brzinama.
Evo kako se podaci kreću kroz memorijske sustave u modernom računalu.
- Pogoni za pohranu (sekundarna memorija): Ovaj uređaj može trajno pohranjivati podatke, ali nije tako brz kao CPU. Zbog toga CPU ne može pristupiti podacima izravno iz sekundarnog sustava za pohranu.
- RAM (primarna memorija): Ovaj sustav pohrane je brži od sekundarnog sustava pohrane, ali ne može trajno pohraniti podatke. Stoga, kada otvorite datoteku na svom sustavu, ona se premješta s tvrdog diska u RAM. Ipak, čak ni RAM nije dovoljno brz za CPU.
- Predmemorija (primarna memorija): Da bi se riješio ovaj problem, posebna vrsta primarne memorije poznata kao cache memorija ugrađena je u CPU i najbrži je memorijski sustav na računalu. Ovaj memorijski sustav podijeljen je u tri dijela, naime L1, L2 i L3 predmemorija. Stoga se svi podaci koje CPU treba obraditi pomiču s tvrdog diska u RAM, a zatim u predmemoriju. Ipak, CPU ne može pristupiti podacima izravno iz predmemorije.
- CPU registri (primarna memorija): Registar CPU-a na računalnom uređaju malen je veličine i temelji se na arhitekturi procesora. Ovi registri mogu sadržavati 32 ili 64 bita podataka. Nakon što se podaci premjeste u te registre, CPU im može pristupiti i izvršiti zadaću.
Razumijevanje RAM-a i kako radi
Kao što je ranije objašnjeno, memorija s izravnim pristupom na uređaju odgovorna je za pohranu i opskrbu CPU podacima za programe na računalu. Za pohranu ovih podataka memorija s izravnim pristupom koristi ćeliju dinamičke memorije (DRAM).
Ova ćelija je stvorena pomoću kondenzatora i tranzistora. Kondenzator u ovom rasporedu služi za pohranjivanje naboja, a na temelju stanja napunjenosti kondenzatora; memorijska ćelija može sadržavati 1 ili 0.
Ako je kondenzator potpuno napunjen, kaže se da pohranjuje 1. S druge strane, kada se isprazni, kaže se da pohranjuje 0. Iako je DRAM ćelija sposobna pohranjivati naboje, ovaj dizajn memorije ima svojih nedostataka.
Vidite, budući da RAM koristi kondenzatore za pohranjivanje naboja, on ima tendenciju gubitka naboja koji je u sebi pohranio. Zbog toga se podaci pohranjeni u RAM-u mogu izgubiti. Kako bi se riješio ovaj problem, naboj pohranjen u kondenzatorima se osvježava pomoću senzorskih pojačala—sprečavajući RAM-u gubitak pohranjenih informacija.
Iako ovo osvježavanje troškova omogućuje RAM-u da pohranjuje podatke kada je računalo uključeno, ono uvodi latencija u sustavu jer RAM ne može prenijeti podatke CPU-u kada se osvježava—što usporava sustav dolje.
Osim toga, RAM je povezan s matičnom pločom, koja je pak povezana s CPU-om pomoću utičnica. Stoga postoji znatna udaljenost između RAM-a i CPU-a, što produljuje vrijeme dostave podataka CPU-u.
Zbog gore navedenih razloga, RAM dostavlja podatke CPU-u samo svakih 17 nanosekundi. Pri toj brzini CPU ne može postići vrhunsku izvedbu. To je zato što se CPU treba opskrbljivati podacima svake četvrtine nanosekunde kako bi postigao najbolje performanse kada radi na turbo pojačanoj frekvenciji od 4 Gigaherca.
Kako bismo riješili ovaj problem, imamo predmemoriju, još jedan sustav za privremenu pohranu puno brži od RAM-a.
Objašnjenje predmemorije
Sada kada znamo za upozorenja koja dolaze s RAM-om, možemo pogledati predmemoriju i kako ona rješava problem koji dolazi s RAM-om.
Prvo i najvažnije, predmemorija nije prisutna na matičnoj ploči. Umjesto toga, postavlja se na sam CPU. Zbog toga se podaci pohranjuju bliže CPU-u—omogućujući mu brži pristup podacima.
Osim toga, predmemorija ne pohranjuje podatke za sve programe koji se izvode na vašem sustavu. Umjesto toga, čuva samo podatke koje CPU često zahtijeva. Zbog ovih razlika, predmemorija može slati podatke CPU-u nevjerojatno velikim brzinama.
Nadalje, u usporedbi s RAM-om, predmemorija koristi statičke ćelije (SRAM) za pohranu podataka. U usporedbi s dinamičkim ćelijama, statičkoj memoriji nije potrebno osvježavanje jer ne koriste kondenzatore za pohranjivanje naboja.
Umjesto toga, koristi set od 6 tranzistora za pohranu informacija. Zbog upotrebe tranzistora, statička ćelija ne gubi naboj tijekom vremena, što omogućuje predmemoriju da opskrbljuje podatke CPU-u mnogo većim brzinama.
Ipak, i predmemorija ima svojih mana. Kao prvo, puno je skuplji u usporedbi s RAM-om. Osim toga, statička RAM ćelija je mnogo veća u usporedbi s DRAM-om, budući da se skup od 6 tranzistora koristi za pohranu jednog bita informacija. Ovo je znatno veće od dizajna DRAM ćelije s jednim kondenzatorom.
Zbog toga je gustoća memorije SRAM-a puno niža, a postavljanje jednog SRAM-a s velikom veličinom pohrane na CPU matricu nije moguće. Stoga, da bi se riješio ovaj problem, predmemorija je podijeljena u tri kategorije, naime L1, L2 i L3 predmemorija, i smještena je unutar i izvan CPU-a.
RAM vs. Privremena memorija
Sada kada imamo osnovno razumijevanje RAM-a i predmemorije, možemo pogledati kako se međusobno uspoređuju.
Usporedna metrika |
radna memorija |
Predmemorija |
Funkcija |
Pohranjuje programske podatke za sve aplikacije koje se izvode na sustavu. |
Pohranjuje često korištene podatke i upute koje zahtijeva CPU. |
Veličina |
Zbog velike gustoće memorije, RAM može doći u paketima koji mogu pohraniti od 2 gigabajta podataka do 64 gigabajta. |
Zbog niske gustoće memorije, cache memorije pohranjuju podatke u rasponu od kilobajta ili megabajta. |
trošak |
Izrada RAM-a je jeftinija zbog dizajna jednog tranzistora/kondenzatora. |
Izrada predmemorije je skupa zbog dizajna sa 6 tranzistora. |
Mjesto |
RAM je spojen na matičnu ploču i daleko je od procesora. |
Predmemorija je prisutna unutar jezgre CPU-a ili se dijeli između jezgri. |
Ubrzati |
RAM je sporiji. |
Predmemorija je brža. |
Cache memorija je puno brža od RAM-a
I RAM i predmemorija su hlapljivi memorijski sustavi, ali oboje služe različitim zadacima. S jedne strane, RAM pohranjuje programe koji se izvode na vašem sustavu, dok predmemorija podržava RAM pohranjujući često korištene podatke u blizini CPU-a—poboljšavajući performanse.
Stoga, ako tražite sustav koji nudi izvrsne performanse, važno je pogledati RAM i predmemoriju s kojima dolazi. Izvanredna ravnoteža između oba memorijska sustava ključna je za izvlačenje maksimuma iz vašeg računala.
