Різне

#Факти . Що таке кеш-память?, характеристики, огляди, тести і останні новини зі світу компютерного заліза на Hi-News.

21.02.2017

# факти | Що таке кеш-пам’ять?

#Факти . Що таке кеш-память?, характеристики, огляди, тести і останні новини зі світу компютерного заліза на Hi-News.

Сьогодні поговоримо про те, як працює кешування. Наші читачі вже знайомі з ієрархією комп’ютерної пам’яті і з тим, що кеш займає в ній дуже високу сходинку. Настав час ближче познайомитися з самим принципом кешування. Сучасні комп’ютери можуть похвалитися не тільки кешем першого (L1) і другого (L2). але і третього рівня (L3). Розглянемо ті завдання, які виконує комп’ютерний кеш, на прикладі робочого дня бібліотекаря у звичайній, злегка старомодною бібліотеці, де зберігаються накопичені людством знання у вигляді паперових томів.

Основна складність в тому, що «комп’ютерний кеш» поняття надто багатозначне і часом одним і тим же словом позначають різні речі. Досить сказати, що існує не тільки кеш пам’яті, але також апаратний і програмний дисковий кеш, кеш сторінок і багато інші комп’ютерні процеси, об’єднані загальним ім’ям. Наприклад, віртуальна пам’ять теж є однією з форм кешування. Тому кеш процесора не єдиний наявний у комп’ютері кеш. Кешування відіграє величезну роль у роботі всього комп’ютера в цілому.

Кешування на прикладі звичайної бібліотеки

#Факти . Що таке кеш-память?, характеристики, огляди, тести і останні новини зі світу компютерного заліза на Hi-News.

Технологія кешування базується на підсистемі комп’ютерної пам’яті. Основне завдання цієї важливої технології полягає в тому, щоб змусити ваш комп’ютер працювати швидше. Навіть у тому випадку, якщо це не самий потужний (і, відповідно, дорогий комп’ютер. Завдяки кешування підвищується швидкість виконання комп’ютером своїх завдань.

Щоб зрозуміти основну ідею розглянутої технології, звернемося до простого прикладу з життя. Уявімо собі бібліотекаря, який видає читачам книги за їх запитами. Читачеві не доводиться самому довгі години бродити по великому залу бібліотеки і шукати потрібні книги.

Відвідувач прийшов в бібліотеку і попросив видати йому підручник з алгебри. Бібліотекар відправляється в зал, бере цю книгу з полиці, повертається на своє робоче місце і видає книгу читачеві. Проходить деякий час і людина йде з читального залу до столу бібліотекаря, щоб повернути книгу. Бібліотекар бере підручник та повертає його на полицю. І знову сідає за свій стіл, чекаючи чергового читача.

Новому відвідувачу може знадобитися все той же підручник з алгебри. Бібліотекарю доведеться знову піти в книгосховище, взяти книгу з полиці, повернутися на робоче місце та видати її людині, якій вона необхідна.

Як ми бачимо на цьому прикладі, для того щоб видати читачеві літературу, бібліотекарю доводиться виконувати одну і ту ж певну послідовність дій, навіть в тому випадку, коли мова йде про книгу, яка користується підвищеним попитом.

чи Є спосіб полегшити бібліотекарю його працю? Так! Для цього потрібно створити «бібліотечний кеш», і далі ми розглянемо, як це зробити.

Для цього бібліотекарю слід видати сумку, в якій поміститься, припустимо, десять книг. В рамках комп’ютерної термінології, можна сказати, що бібліотекар має «10-книжковим кешем». В цю сумку бібліотекар стане складати повертаються йому читачами книги, але не більше десяти. Це означає, що за найбільш популярними не доведеться щоразу йти в сховище, оскільки вони завжди під рукою.

На початку робочого дня «кеш-сумка» бібліотекаря порожня. Приходить перший читач і просить підручник алгебри. Бібліотекар відправляється в книгосховищі і повертається з запитаної книгою. Нічого нового, все, як у попередньому прикладі. Через деякий час читач повертає підручник бібліотекаря, але він не ставить його на полицю в сховище, а відправляє в сумку. Отже, кеш вже не порожній, у ньому є вміст.

Приходить черговий читач, якому необхідний підручник алгебри. Замість того, щоб в черговий раз здійснити шлях від свого столу до полиці, де знаходиться книга, бібліотекар перевіряє свою сумку і виявляє її там. Йому достатньо витягти з сумки книгу і видати її читачеві. Виснажливе подорож у книгосховищі відміняється! Зайвий час не було витрачено і читач отримав книгу набагато швидше, ніж в попередньому прикладі.

Але може статися так, що відвідувачу потрібно книга, якої в сумці немає. У цьому випадку кеш збільшить час пошуку, оскільки бібліотекарю знадобиться спочатку перевірити свою сумку, а лише потім (переконавшись, що потрібної книги там немає) відправитися в сховищі до відповідної полиці. Одна з найскладніших завдань інженерів полягає в тому, щоб звести викликану перевіркою кешу затримку до мінімуму. Навіть у розглянутому нами прикладі, час, який займе перевірка сумки (час латентності), дуже невелика порівняно з довгою подорожжю в сховище книг і назад. В даному випадку кеш невеликий (10 книг). До речі, латентність є одним з основних обмежень комп’ютерної пам’яті, про яких ми раніше писали .

Ці прості і зрозумілі кожному приклади розкривають нам деякий факти, які слід знати про технології кешування:

  • технології кешування задіяна швидка пам’ять порівняно малого обсягу. Вона працює у зв’язці з більш об’ємною, але при цьому більш повільною пам’яттю
  • Використання кеша припускає перевірку, знаходяться в ньому потрібні дані. Якщо вони там виявлені, то говорять про «потрапляння» (cache hit). Якщо ні, то це називають «потерпіли невдачу пошуком при зверненні до кешу» або просто «промаху» (cache miss). В останньому випадку комп’ютера доведеться звернутися до повільної пам’яті більшого розміру
  • Максимальний розмір кеша набагато менше, ніж у більш ємних сховищ інформації (наприклад, оперативної пам’яті або жорсткого диска)
  • Може бути кілька рівнів кеша. У прикладі з бібліотекарем, меншим, але швидкісним типом пам’яті є його сумка, а книгосховище виступає в ролі об’ємною, але порівняно повільної пам’яті. Це приклад однорівневого кеша. Можуть бути додані додаткові шари кешу: наприклад у вигляді полиці на сотню книг безпосередньо біля столу бібліотекаря. Спочатку бібліотекар перевірить сумку (кеш першого рівня, L1), потім розташовану під рукою полку. І тільки в тому випадку, якщо потрібна книга не буде виявлено ні там, ні там, він відправиться в сховище. Такий спосіб організації кешу називається дворівневим

Комп’ютерне кешування

#Факти . Що таке кеш-память?, характеристики, огляди, тести і останні новини зі світу компютерного заліза на Hi-News.

Сучасний комп’ютер працює з неймовірно високою швидкістю. Коли його процесор звертається до оперативної пам’яті (ОЗУ, RAM), йому потрібні лічені наносекунди, тобто мільярдні частки секунди. Припустимо, що одне звернення процесора до пам’яті займає 60 наносекунд. Це дуже швидко, але процесор працює ще швидше. Навіть досить повільного і порядком застарілого процесору на один такт потрібні всього 2 наносекунди. Далі будемо спиратися на ці цифри, які умовні і лише допоможуть нам зробити розповідь більш конкретним. До речі, нашим читачам вже відомо. що нарощування оперативної пам’яті не завжди веде до підвищення продуктивності комп’ютера.

Що буде, якщо вмонтувати в материнську плату спеціальне сховище інформації, невелика, але порівняно швидке (припустимо, на цикл звернення до нього піде всього 30 наносекунд). Це вже в два рази швидше того часу, яке було б на звернення до оперативної пам’яті. Такий кеш називається кешем другого рівня (або кешем L2).

А якщо додати ще меншу, але ще більш швидкісну пам’ять безпосередньо в чіпі процесора? Вийде кеш першого рівня. Звертатися до такої пам’яті процесор зможе вже на своїй швидкості. В якості прикладу візьмемо застарілий процесор Pentium з тактовою частотою 233 мегагерца. Його кеш першого рівня (L1) був швидше кешу другого рівня (L2) в 3,5 рази. А той, у свою чергу, вдвічі швидше часу доступу до оперативної пам’яті.

У сучасних процесорах обидва рівня кешу часто вмонтовані безпосередньо в їх чіпи. У таких випадках на материнській платі з’являється кеш третього рівня (L3), що грає роль свого роду інформаційного буфера між мікропроцесором і системною оперативною пам’яттю.

Комп’ютер є складним пристроєм, що містить безліч підсистем. Якщо вмонтувати кеш між деякими з них, то продуктивність зросте. Розглянемо це на конкретному прикладі. Отже, перед нами процесор (найшвидший компонент комп’ютера). За ним слідує кеш першого рівня, потім кеш другого рівня, який кешує дані з оперативної пам’яті. Але і сама оперативна пам’ять відіграє роль кешу для повільних пристроїв, до яких відносяться жорсткі і оптичні диски.

І жорсткого диска теж деколи доводиться брати на себе функції кеша (тимчасового сховища) по відношенню до вашого інтернет-з’єднання. Адже Інтернет теж можна розглядати як величезної, але не дуже швидкою, «пам’яті». Сховище даних, розташоване на сходинку вище в ієрархії комп’ютерної пам’яті, може виступати кешем даних по відношенню до більш повільного накопичувача.

Тепер, коли ми розглянули, як працює кешування, зробимо невеличку перерву і повернемося до цієї теми знову, щоб дізнатися про технології кешування і його субсистеме.

Продовження слід

За матеріалами computer.howstuffworks.com

#факти | Що таке кеш-пам’ять? Олег Довбня

Короткий опис статті: що таке кеш в телефоні Сьогодні поговоримо про те, як працює кешування. Наші читачі вже знайомі з модулі пам’яті,оперативна пам’ять,процесори,залізо

Джерело: #факти | Що таке кеш-пам’ять? — характеристики, огляди, тести і останні новини зі світу комп’ютерного заліза на Hi-News.uk

Також ви можете прочитати