Что такое кэширование памяти

Что такое кэширование памяти

Кэш-память предназначена для повышения быстродействия процесса обращения к основной памяти.

Основная память, как правило, реализуется на относительно медленной и дешевой динамической памяти (DRAM), обращение к которой приводит к простою процессора – появляются такты ожидания. Статическая память (SRAM), построенная, как и процессор, на триггерных ячейках, имеет быстродействие, соизмеримое с быстродействием процессора, и способна сделать ненужными такты ожидания или сократить их количество, но имеет высокую стоимость. Разумным компромиссом для построения экономичных и производительных МПС является иерархический способ организации основной памяти. Идея заключается в сочетании основной памяти большого объема на DRAM с относительно небольшой буферной памятью на основе быстродействующей SRAM, т.е. в использовании двухуровневой памяти, когда между ОП и процессором размещается небольшая, но быстродействующая буферная память. В процессе работы в буферную память копируются те участки ОП, к которым производится обращение со стороны процессора. Производится отображение участков ОП на буферную память и переадресация на нее всех обращений в пределах скопированного участка. Выигрыш в быстродействии достигается за счет ранее рассмотренного свойства локальности.

Для обозначения рассмотренной буферной памяти получил распространение термин кэш-память (от английского слова cache – убежище, тайный склад, тайник, заначка), поскольку такая память обычно скрыта от программиста в том смысле, что он не может ее адресовать и может даже вообще не знать о ее существовании.

Кэш является дополнительным быстродействующим хранилищем копий блоков информации из основной памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика. Кэш не может хранить копию всей основной памяти, поскольку его объем во много раз меньше основной памяти. Он хранит только ограниченное количество блоков данных. Кроме того, кэшироваться может не вся память, доступная процессору.

Для современных микропроцессоров особенно важно то, что кэш-память (поскольку она небольшого размера) можно разместить внутри кристалла, благодаря чему исчезают потери времени на передачу данных между процессором и памятью.

Кэш-память состоит из (рис. 28): массива данных, справочника или каталога (cache directory) и контроллера (устройства управления).

Рисунок 28 – Структура кэш-памяти

В массив данных копируются блоки основной памяти, а их адреса заносятся в каталог. Каталог содержит список текущего соответствия блоков данных областям основной памяти. При каждом обращении к памяти контроллер кэш-памяти по каталогу проверяет, есть ли действительная копия затребованных данных в кэше. Если она там есть, то реализуется кэш-попадание (cache hit), и данные берутся из кэш-памяти. Если действительной копии там нет, то реализуется кэш-промах (cache miss), и данные берутся из основной памяти и помещаются в кэш-память.

Кэш-память — хранилище для часто используемой информации, доступ к которому осуществляется намного быстрее по сравнению с оперативной памятью или жестким диском компьютера. Рассматриваемая технология базируется на подсистеме компьютерной памяти. Главным предназначением является ускорение работы устройства. Даже если ПК обладает непроизводительным процессором, благодаря кэшированию информации скорость выполнения задач существенно повышается.

Кэш-памятью оборудованы главные элементы компьютера — жесткие диски, видеокарты, процессоры. Архитектура и работа технологии способны отличаться. Например, кэш может служить обычным буфером обмена — устройство обрабатывает информацию и передает полученные данные в специальный буфер, из которого результат поступает на интерфейс. Назначением такого кэша является предотвращение ошибок благодаря аппаратной проверке информации на целостность.

Читайте также:  Как убрать автоматический перевод языка на компьютере

Кэш процессора

Современный процессор обладает несколькими основными уровнями кэш-памяти, нередко называемыми сверхоперативной памятью. На кристалле находится несколько аппаратных модулей. Самым меньшим по размеру является Cache Level 1, объем которого способен варьироваться от 32 до 64 Кб в зависимости от процессора. L2 обладает повышенной емкостью — от 128 Кб до 12 Мб. L3 считается самым объемным (до 40 Мб) и самым медленным.

Сверхоперативная память необходима для хранения часто используемой информации, поступающей из ОЗУ. Сегодня производители устанавливают больше трех уровней кэширования для обеспечения производительной работы компьютера. Например, компания Intel смогла реализовать дополнительный уровень кэша 0 для краткосрочного хранения расшифрованных команд. В производительных ЦП встречается сверхоперативная память 4 уровня, расположенная в отдельной микросхеме.

Кэш жесткого диска

В жестких дисках присутствует специализированная оперативная память, выступающая в качестве промежуточного звена для хранения информации. Она предназначена для краткосрочного хранения данных, считанных с носителя, но не поступивших на обработку. Необходимость использования кэша обусловлена разницей в скорости между различными компьютерными компонентами. Сегодня популярны модели дисков с объемом кэша от 32 до 64 Мб.

Программный кэш

Представляет собой директорию на жестком диске компьютера, создаваемую программами для непродолжительного хранения информации. Например, браузер сохраняет страницы, просмотренные пользователем. При повторном переходе по введенному адресу браузер сначала обращается к кеш-памяти, чтобы ускорить загрузку страницы и одновременно уменьшить потребление трафика. Размер папки способен варьироваться от разновидности программного обеспечения.

Кэш-память смартфона

Современные мобильные телефоны тоже обладают кэш-памятью. Она представляет собой место хранения информации приложений. Данные записываются в специальную директорию, позволяющую быстро вернуться к просмотру файлов. Наглядный пример использования кэша — работа с галереей. После просмотра фотографий устройство сохраняет уменьшенные копии изображений. Также краткосрочная память вмещает настройки приложений, отчеты и загруженные веб-ресурсы.

Если кэш-память телефона будет перегружена, пользователь заметит существенное замедление работы мобильного устройства. Могут даже возникнуть программные ошибки, а некоторые приложения иногда отказываются запускаться. Для решения проблемы рекомендуется выполнить очистку кэша смартфона. Вот подробная инструкция.

Основным предназначением кэш-памяти является ускорение устройства и краткосрочное хранение информации. Модули кэш-памяти встречаются в жестких дисках, центральных процессорах и видеокартах. Также соответствующей технологией обладают смартфоны. Для обеспечения стабильной работы устройства пользователю рекомендуется периодически очищать память в настройках операционной системы телефона — такая процедура часто улучшает быстродействие.

Кэш – это временные файлы или копии файлов и данных, сохраненные в памяти компьютера, телефона, сервера или браузера для быстрой загрузки по запросу пользователя, а также буфер обмена информации электронных устройств. Хотя название во всех случаях одинаковое, но принцип работы несколько отличается. В статье мы расскажем, в чем отличительные особенности разных типов кэша на разных устройствах.

Говоря простыми словами, кэш (cache) представляет собой копии файлов, которыми вы пользовались, для быстрого доступа к ним. Если вы их удалите, то телефон, компьютер или браузер создаст их снова сразу после использования той или иной программы.

Назначение и тип кэша

Кэшем зовут промежуточный буфер обмена с быстрым доступом, где содержится информация, которая может быть повторно запрошена. А процесс записи данных в кэш принято называть кэшированием. Извлечение данных из кэша занимает меньше времени, в сравнении с медленной памятью или из удаленных источников. Поэтому главное назначение кэша – снизить временную задержку при доступе к информации и увеличить быстродействие устройства, программы или операционной системы.

Читайте также:  Выключаются приложения на андроиде

Кэширование и кэшированные данные

Выделяют два типа кэша:

Аппаратная реализация

Аппаратный кэш используется в электронных компонентах и мобильных устройствах – жестком диске, процессоре ПК или смартфона. В память с быстрым доступом помещаются и извлекаются копии часто используемых инструкций и записей. Причем если в HDD в качестве хранилища используется микросхема, то у центрального процессора для ПК или в составе мобильной платформы, кэш состоит из нескольких уровней именуемых L1, L2, L3 и т.д. Объем каждого последующего уровня кэша больше, при этом пропускная способность заметно ниже.

Организацию кэш-памяти центрального процессора для ПК рассмотрим на примере Intel Xeon E3-1240. Объем кэша L1 – 32 КБ на ядро, L2 – 256 КБ на ядро, а L3 – 8 МБ на все ядра. У более современных и многоядерных процессоров, объем памяти больше. Скорость чтения, записи и копирования, у каждого последующего уровня на 30-50% меньше. При этом пропускная способность самого медленного кэша L3 – в 6-8 раз выше, в сравнении с оперативной памятью.

Пропускная способность аппаратного кэша.

Принцип работы кэша следующий. Благодаря заложенным алгоритмам, процессор заранее просчитывает, какой тип данных потребуется, для чего извлекает заранее подготовленные записи. Если же расчет выполнен неверно или нужная запись отсутствует, цепочка действий выстраивается заново, а поиск требуемых данных выполняется в удаленных разделах памяти – кэш L2 или L3, оперативная память или HDD. В обоих случаях продолжительность обработки запроса увеличивается. Читайте подробнее о назначении кэша в процессоре.

Стоит отметить, что увеличить объем аппаратного кэша невозможно. И если для процессора это не критично, так как производитель устанавливает оптимальный объем памяти, то для жесткого диска лишней кэш память не будет. Поскольку часть памяти отведено под прошивку и микро ОС. Оптимальный объем 128 или 256 МБ.

Программная реализация

Программный кэш представляет собой область данных на диске, обычно папку, где приложения или операционная система хранит часто используемые файлы. При повторном запросе со стороны пользователя, программа ищет данные в кэше для оперативной загрузки. Если информация отсутствует или устарела, загрузка производится из внешних источников – интернета.

Стоит отметить, что на скорость считывания и загрузки данных из кэша влияет тип накопителя. Наивысшую скорость обеспечивают твердотельные диски – SSD, среднюю скорость демонстрируют гибридные решения SSD и HDD – HHD, наименьшая скорость у диска HDD.

Кэш в разных устройствах

Что такое кэш браузера

В браузере используется программная реализация кэширования на диск. Информация о просмотренных страницах сохраняется в выделенную область памяти. При следующем запросе, программа сначала ищет страницу в кэш-памяти. Если поиск удачен – загружает страницу, в ином случае скачивает повторно из интернета. Таким образом, достигается быстрая загрузка данных, что эффективно при слабом или отсутствующем подключении к интернету.

Из недостатков стоит отметить длительность поиска кэшированной страницы, на что влияет тип и загруженность накопителя, а так же общая конфигурация компьютера. На слабых машинах со старыми или изношенными дисками, скорость работы ощутимо ниже. Поэтому переполненную область данных рекомендуется периодически очищать. Узнайте подробнее как очистить кэш браузера, в нашем отдельном материале.

Читайте также:  Преобразовать строку в массив символов java

Что такое кэш на компьютере

На компьютере операционная система так же использует программную реализацию кэширования. Остаточные файлы обновления системы, отчеты различных служб, базы данных и т.д., обычно хранятся во временной выделенной области памяти на диске.

Статистика очистки памяти на компьютере

Так же на компьютере используется другой вид программного кэширования – файл подкачки. В скрытое от пользователя хранилище, игры и приложения записывают данные, что не поместились в оперативной памяти или что могут пригодиться позднее. Объем файла подкачки регулируется в операционной системе и позволяет частично компенсировать нехватку оперативной памяти.

Стоит отметить, что компьютер так же нуждается в удалении временных файлов для увеличения производительности. Смотрите детальнее как очистить кэш на компьютере.

Что такое кэш на телефоне

На телефоне, в частности с ОС Android, кэшем одновременно называют временные файлы, а так же дополнения к приложениям и играм. В первом случае, временные файлы образовываются в процессе работы программ. В число данных входят сохраненные страницы из интернета, миниатюры фотографий в галерее, отчеты о работе или сбоях и т.д.

Кэш в виде дополнения к играм или программам – неотъемлемая часть приложения для нормальной работы или доступа к дополнениям. В играх такой вид временных данных хранит текстуры, языковые пакеты, библиотеки и т.д. Если данные отсутствуют, то игра не запустится или не заработает на определенном этапе. В случае с программой, ограничения коснуться определенных функций.

В ОС Android кэш активных пользователей часто достигает 2 ГБ, что ощутимо заметно на устройствах, где 8 или 16 ГБ внутренней памяти. Для освобождения памяти или ускорения работы устройства, рекомендуется удалить ненужные файлы. Узнайте детальнее, как очистить кэш на андроиде в отдельной статье.

Данные кэша в телефоне.

Краткое резюме

  • Существует аппаратный и программный кэш.
  • Аппаратный кэш использует собственную память с быстрым доступом. Программный кэш – хранит данные в папке на диске.
  • Аппаратный кэш способствует увеличению производительности компьютера, за счет уменьшения обращений к оперативной и дисковой памяти. Программный кэш ускоряет загрузку ранее просмотренной информации.
  • Аппаратное увеличение кэш-памяти недоступно. Объем программной кэш-памяти ограничено свободным пространством на диске.
  • Для освобождения памяти и увеличения быстродействия системы, программный кэш рекомендуется периодически очищать.
  • Кэширование – процесс создания и сохранение в памяти копий файлов.
  • Кэшированные данные – сохраненные копии файлов программ, приложений, страниц и др.

Видео инструкции

" alt="Что такое кэш?">

" alt="Что такое кэш?">

Вывод

В статье мы детально описали, что такое кэш. В чем различия, а так же как устроена работа кэш-памяти. Промежуточный буфер обмена информацией способствует повышению быстродействия и производительности. При этом программный кэш лучше очищать несколько раз в год, что бы исключить переполнения и замедления работы компьютера или телефона.

Какие у вас есть вопросы? Задавайте интересующий вас вопрос в комментариях.

Статья была Вам полезна?

Поставьте оценку — поддержите проект!

(10 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Ссылка на основную публикацию
Что можно делать с айфоном
Не отвлекать оповещениями, когда вы смотрите кино или отдыхаете. Не беспокоить. Вы можете включить режим «Не беспокоить» одним касанием. И...
Хрипит динамик на телефоне при прослушивании
Одной из самых распространенных поломок мобильных аппаратов является выход из строя динамика. Любой пользователь мобильных телефонов знает, что сейчас производители...
Хэнкок из какой вселенной комиксов
Хэнкок Общая информацияЖанр Научная фантастика Драма Комедия Страна производстваСШАКиностудия Columbia Pictures РежиссёрПитер БергАвтор сценария Винс Джиллиган Винсент Нго Когда вышел2008...
Что можно сделать из перебойника от компьютера
Всем привет! В общем валялся у меня в гараже ненужный компьютерный безперебойник, сначала хотел его выбросит. но потом разобрав я...
Adblock detector