Jaký je rozdíl mezi RAM a mezipamětí?

Pokud jste technologický nadšenec, možná jste slyšeli o mezipaměti a o tom, jak pracují s RAM ve vašem systému, aby byl rychlejší. Napadlo vás ale někdy, co je mezipaměť a jak se liší od RAM?

Pokud ano, jste na správném místě, protože se podíváme na vše, co odlišuje mezipaměť od RAM.

Seznamte se s paměťovými systémy vašeho počítače

Než začneme porovnávat RAM a mezipaměť, je důležité pochopit, jak je navržen systém paměti v počítači.

Jak vidíte, RAM i mezipaměť jsou volatilní systémy pro ukládání paměti. To znamená, že oba tyto úložné systémy mohou dočasně ukládat data a fungovat pouze tehdy, když je do nich dodáváno napájení. Když tedy vypnete počítač, všechna data uložená v paměti RAM a mezipaměti se smažou.

Z tohoto důvodu má každé výpočetní zařízení dva různé typy úložných systémů – a to primární a sekundární paměť. Jednotky jsou sekundární pamětí v počítačovém systému, kam ukládáte své soubory a která je schopna ukládat data, když je napájení vypnuté. Na druhou stranu primární paměťové systémy po zapnutí dodávají data do CPU.

Ale proč mít v počítači paměťový systém, který nemůže ukládat data, když je vypnutý? Existuje velký důvod, proč jsou primární úložné systémy pro počítač zásadní.

Vidíte, ačkoli primární paměť ve vašem systému není schopna ukládat data, když není napájení, je mnohem rychlejší ve srovnání se sekundárními úložnými systémy. Pokud jde o čísla, sekundární úložné systémy jako SSD mají přístupovou dobu 50 mikrosekund.

Naproti tomu primární paměťové systémy, jako je paměť s náhodným přístupem, mohou dodávat data do CPU každých 17 nanosekund. Primární paměťové systémy jsou tedy téměř 3000krát rychlejší ve srovnání se sekundárními paměťovými systémy.

Kvůli tomuto rozdílu v rychlostech přicházejí počítačové systémy s hierarchií paměti, která umožňuje doručovat data do CPU úžasně vysokou rychlostí.

Zde je ukázka toho, jak se data pohybují paměťovými systémy v moderním počítači.

• Úložné jednotky (sekundární paměť): Toto zařízení může ukládat data trvale, ale není tak rychlé jako CPU. Kvůli tomu nemůže CPU přistupovat k datům přímo ze sekundárního úložného systému.
• RAM (primární paměť): Tento úložný systém je rychlejší než sekundární úložný systém, ale nemůže ukládat data trvale. Když tedy otevřete soubor v systému, přesune se z pevného disku do paměti RAM. To znamená, že ani RAM není dostatečně rychlá pro CPU.
• Mezipaměť (primární paměť): K vyřešení tohoto problému je v CPU zabudován konkrétní typ primární paměti známý jako mezipaměť, která je nejrychlejším paměťovým systémem v počítači. Tento paměťový systém je rozdělen do tří částí, a to na Mezipaměť L1, L2 a L3. Proto se všechna data, která potřebuje procesor zpracovat, přesunou z pevného disku do RAM a poté do mezipaměti. To znamená, že CPU nemůže přistupovat k datům přímo z mezipaměti.
• Registry CPU (primární paměť): Registr CPU na výpočetním zařízení má minimální velikost a je založen na architektuře procesoru. Tyto registry mohou obsahovat 32 nebo 64 bitů dat. Jakmile se data přesunou do těchto registrů, může k nim CPU přistupovat a provádět danou úlohu.

Pochopení paměti RAM a jejího fungování

Jak bylo vysvětleno dříve, paměť s náhodným přístupem na zařízení je zodpovědná za ukládání a dodávání dat do CPU pro programy v počítači. K uložení těchto dat používá paměť s náhodným přístupem dynamickou paměťovou buňku (DRAM).

Tento článek je vytvořen pomocí kondenzátoru a tranzistoru. Kondenzátor v tomto uspořádání se používá k ukládání náboje a na základě stavu nabití kondenzátoru; paměťová buňka může obsahovat buď 1 nebo 0.

Pokud je kondenzátor plně nabitý, říká se, že uchovává 1. Na druhou stranu, když je vybitá, říká se, že ukládá 0. Ačkoli je buňka DRAM schopna ukládat náboje, tato konstrukce paměti má své nedostatky.

Vidíte, jak RAM používá kondenzátory k ukládání náboje, má tendenci ztrácet náboj, který je v něm uložen. V důsledku toho může dojít ke ztrátě dat uložených v paměti RAM. K vyřešení tohoto problému se náboj uložený v kondenzátorech obnovuje pomocí snímacích zesilovačů – což zabraňuje RAM ve ztrátě uložených informací.

Ačkoli toto obnovení poplatků umožňuje paměti RAM ukládat data, když je počítač zapnutý, představuje latence v systému, protože RAM nemůže přenášet data do CPU, když se obnovuje – zpomaluje systém dolů.

Kromě toho je RAM připojena k základní desce, která je zase připojena k CPU pomocí patic. Mezi RAM a CPU je tedy značná vzdálenost, což prodlužuje dobu, po kterou jsou data dodávána do CPU.

Z výše uvedených důvodů RAM dodává data do CPU pouze každých 17 nanosekund. Při této rychlosti nemůže CPU dosáhnout maximálního výkonu. Je to proto, že CPU musí být zásobováno daty každou čtvrt nanosekundy, aby poskytoval nejlepší výkon při běhu na frekvenci turbo boost 4 Gigahertz.

K vyřešení tohoto problému máme mezipaměť, další dočasný úložný systém mnohem rychlejší než RAM.

Vysvětlení mezipaměti

Nyní, když víme o upozorněních, která přicházejí s RAM, můžeme se podívat na mezipaměť a na to, jak řeší problém, který přichází s RAM.

V první řadě není na základní desce přítomna mezipaměť. Místo toho je umístěn na samotném CPU. Díky tomu jsou data uložena blíže k CPU, což mu umožňuje rychlejší přístup k datům.

Kromě toho mezipaměť neukládá data pro všechny programy spuštěné ve vašem systému. Místo toho uchovává pouze data, která jsou často vyžadována CPU. Díky těmto rozdílům může mezipaměť odesílat data do CPU neuvěřitelně vysokou rychlostí.

Kromě toho ve srovnání s RAM používá mezipaměť k ukládání dat statické buňky (SRAM). Ve srovnání s dynamickými články nepotřebuje statická paměť obnovování, protože nepoužívají k ukládání nábojů kondenzátory.

Místo toho používá k ukládání informací sadu 6 tranzistorů. Díky použití tranzistorů neztrácí statický článek časem náboj, což umožňuje vyrovnávací paměti dodávat data do CPU mnohem vyšší rychlostí.

To znamená, že mezipaměť má také své nedostatky. Jednak je to mnohem dražší ve srovnání s RAM. Statická buňka RAM je navíc ve srovnání s DRAM mnohem větší, protože k uložení jednoho bitu informace se používá sada 6 tranzistorů. To je podstatně větší než jednokondenzátorová konstrukce buňky DRAM.

Díky tomu je hustota paměti SRAM mnohem nižší a umístění jedné SRAM s velkou velikostí úložiště na matrici CPU není možné. Pro vyřešení tohoto problému je proto mezipaměť rozdělena do tří kategorií, jmenovitě mezipaměť L1, L2 a L3, a je umístěna uvnitř a vně CPU.

RAM vs. Vyrovnávací paměť

Nyní, když máme základní znalosti o RAM a mezipaměti, můžeme se podívat na to, jak se vzájemně porovnávají.

Mezipaměť je mnohem rychlejší než RAM

Jak RAM, tak mezipaměť jsou volatilní paměťové systémy, přesto oba slouží odlišným úkolům. Na jedné straně RAM ukládá programy běžící na vašem systému, zatímco mezipaměť podporuje RAM ukládáním často používaných dat v blízkosti CPU, což zlepšuje výkon.

Pokud tedy hledáte systém, který nabízí skvělý výkon, je nezbytné se podívat na RAM a mezipaměť, se kterou je dodáván. Vynikající rovnováha mezi oběma paměťovými systémy je zásadní pro maximální využití vašeho počítače.