Wat is het verschil tussen RAM en cachegeheugen?

Als je een technologieliefhebber bent, heb je misschien gehoord van caches en hoe ze werken met de RAM op je systeem om het sneller te maken. Maar heb je je ooit afgevraagd wat cache is en hoe het verschilt van RAM?

Welnu, als dat zo is, bent u op de juiste plek, want we zullen kijken naar alles wat cachegeheugen onderscheidt van RAM.

Maak kennis met de geheugensystemen op uw computer

Voordat we beginnen met het vergelijken van RAM met cache, is het belangrijk om te begrijpen hoe het geheugensysteem op een computer is ontworpen.

Zie je, zowel RAM als cache zijn vluchtige geheugenopslagsystemen. Dit betekent dat beide opslagsystemen tijdelijk gegevens kunnen opslaan en alleen werken als ze van stroom worden voorzien. Daarom worden alle gegevens die zijn opgeslagen in het RAM en de cache verwijderd wanneer u uw computer uitschakelt.

Om deze reden heeft elk computerapparaat twee verschillende soorten opslagsystemen, namelijk primair en secundair geheugen. De schijven zijn het secundaire geheugen op een computersysteem waar u uw bestanden opslaat en kunnen gegevens opslaan wanneer de stroom is uitgeschakeld. Aan de andere kant leveren de primaire geheugensystemen gegevens aan de CPU wanneer ze zijn ingeschakeld.

Maar waarom een ​​geheugensysteem op de computer dat geen gegevens kan opslaan als het is uitgeschakeld? Welnu, er is een grote reden waarom primaire opslagsystemen typisch zijn voor een computer.

Zie je, hoewel het primaire geheugen op je systeem geen gegevens kan opslaan als er geen stroom is, zijn ze veel sneller in vergelijking met secundaire opslagsystemen. Wat betreft cijfers, secundaire opslagsystemen zoals SSD's hebben een toegangstijd van 50 microseconden.

Daarentegen kunnen primaire geheugensystemen, zoals willekeurig toegankelijk geheugen, elke 17 nanoseconden gegevens aan de CPU leveren. Daarom zijn primaire geheugensystemen bijna 3.000 keer sneller in vergelijking met secundaire opslagsystemen.

Vanwege dit snelheidsverschil hebben computersystemen een geheugenhiërarchie, waardoor de gegevens met verbazingwekkend hoge snelheden aan de CPU kunnen worden geleverd.

Hier ziet u hoe gegevens zich door de geheugensystemen in een moderne computer verplaatsen.

• Opslagstations (secundair geheugen): Dit apparaat kan gegevens permanent opslaan, maar is niet zo snel als de CPU. Hierdoor heeft de CPU geen rechtstreekse toegang tot gegevens van het secundaire opslagsysteem.
• RAM (primair geheugen): Dit opslagsysteem is sneller dan het secundaire opslagsysteem, maar kan geen gegevens permanent opslaan. Daarom, wanneer u een bestand op uw systeem opent, gaat het van de harde schijf naar het RAM. Dat gezegd hebbende, zelfs de RAM is niet snel genoeg voor de CPU.
• Cache (primair geheugen): Om dit probleem op te lossen, is een bepaald type primair geheugen, bekend als cachegeheugen, ingebed in de CPU en is dit het snelste geheugensysteem op een computer. Dit geheugensysteem is opgedeeld in drie delen, namelijk de L1-, L2- en L3-cache. Daarom worden alle gegevens die door de CPU moeten worden verwerkt, verplaatst van de harde schijf naar het RAM en vervolgens naar het cachegeheugen. Dat gezegd hebbende, heeft de CPU geen rechtstreekse toegang tot gegevens uit de cache.
• CPU-registers (primair geheugen): Het CPU-register op een computerapparaat is zeer klein en is gebaseerd op de processorarchitectuur. Deze registers kunnen 32 of 64 bits aan gegevens bevatten. Zodra de gegevens naar deze registers zijn verplaatst, heeft de CPU er toegang toe en kan de betreffende taak worden uitgevoerd.

RAM begrijpen en hoe het werkt

Zoals eerder uitgelegd, is het RAM-geheugen op een apparaat verantwoordelijk voor het opslaan en leveren van gegevens aan de CPU voor programma's op de computer. Om deze gegevens op te slaan, gebruikt het willekeurig toegankelijke geheugen een dynamische geheugencel (DRAM).

Deze cel is gemaakt met behulp van een condensator en een transistor. De condensator in deze opstelling wordt gebruikt om lading op te slaan en is gebaseerd op de laadtoestand van de condensator; de geheugencel kan een 1 of een 0 bevatten.

Als de condensator volledig is opgeladen, wordt er gezegd dat hij een 1 opslaat. Aan de andere kant, als het wordt ontladen, wordt er gezegd dat het 0 opslaat. Hoewel de DRAM-cel ladingen kan opslaan, heeft dit geheugenontwerp zijn gebreken.

Zie je, aangezien RAM condensatoren gebruikt om lading op te slaan, verliest het de lading die erin is opgeslagen. Hierdoor kunnen in het RAM opgeslagen gegevens verloren gaan. Om dit probleem op te lossen, wordt de in de condensatoren opgeslagen lading ververst met behulp van detectieversterkers, waardoor wordt voorkomen dat de RAM de opgeslagen informatie verliest.

Hoewel deze opwaardering het RAM-geheugen in staat stelt om gegevens op te slaan wanneer de computer wordt ingeschakeld, introduceert het latentie in het systeem omdat de RAM geen gegevens naar de CPU kan verzenden wanneer deze wordt vernieuwd, wat het systeem vertraagt omlaag.

Daarnaast is het RAM-geheugen verbonden met het moederbord, dat op zijn beurt via sockets is verbonden met de CPU. Daarom is er een aanzienlijke afstand tussen de RAM en de CPU, waardoor de tijd dat gegevens aan de CPU worden geleverd, toeneemt.

Vanwege de bovengenoemde redenen levert RAM slechts elke 17 nanoseconden gegevens aan de CPU. Bij die snelheid kan de CPU zijn topprestaties niet halen. Dit komt omdat de CPU elke kwart nanoseconde van gegevens moet worden voorzien om de beste prestaties te leveren bij gebruik van een turboboostfrequentie van 4 Gigahertz.

Om dit probleem op te lossen, hebben we cachegeheugen, een ander tijdelijk opslagsysteem dat veel sneller is dan het RAM.

Cachegeheugen uitgelegd

Nu we weten welke kanttekeningen bij RAM horen, kunnen we kijken naar het cachegeheugen en hoe dit het probleem oplost dat met RAM gepaard gaat.

Ten eerste is er geen cachegeheugen aanwezig op het moederbord. In plaats daarvan wordt het op de CPU zelf geplaatst. Hierdoor worden gegevens dichter bij de CPU opgeslagen, waardoor deze sneller toegang heeft tot gegevens.

Bovendien slaat het cachegeheugen geen gegevens op voor alle programma's die op uw systeem worden uitgevoerd. In plaats daarvan bewaart het alleen gegevens die vaak door de CPU worden opgevraagd. Vanwege deze verschillen kan de cache gegevens met verbazingwekkend hoge snelheden naar de CPU sturen.

Bovendien gebruikt cachegeheugen in vergelijking met RAM statische cellen (SRAM) om gegevens op te slaan. In vergelijking met dynamische cellen hoeft statisch geheugen niet te worden vernieuwd, omdat er geen condensatoren worden gebruikt om ladingen op te slaan.

In plaats daarvan gebruikt het een set van 6 transistors om informatie op te slaan. Door het gebruik van transistors verliest de statische cel na verloop van tijd geen lading, waardoor de cache gegevens met veel hogere snelheden aan de CPU kan leveren.

Dat gezegd hebbende, ook het cachegeheugen heeft zijn gebreken. Ten eerste is het veel duurder in vergelijking met RAM. Bovendien is een statische RAM-cel veel groter in vergelijking met een DRAM, aangezien een set van 6 transistors wordt gebruikt om één bit informatie op te slaan. Dit is aanzienlijk groter dan het ontwerp met één condensator van de DRAM-cel.

Hierdoor is de geheugendichtheid van SRAM veel lager en is het niet mogelijk om een ​​enkele SRAM met een grote opslagcapaciteit op de CPU-chip te plaatsen. Om dit probleem op te lossen, wordt het cachegeheugen daarom verdeeld in drie categorieën, namelijk L1-, L2- en L3-cache, en wordt het binnen en buiten de CPU geplaatst.

RAM versus Cachegeheugen

Nu we een basiskennis hebben van RAM en cache, kunnen we kijken hoe ze zich met elkaar verhouden.

Cachegeheugen is veel sneller dan RAM

Zowel RAM als cache zijn vluchtige geheugensystemen, maar beide hebben verschillende taken. Aan de ene kant slaat RAM de programma's op die op uw systeem worden uitgevoerd, terwijl de cache de RAM ondersteunt door veelgebruikte gegevens dicht bij de CPU op te slaan, wat de prestaties verbetert.

Daarom, als u op zoek bent naar een systeem dat geweldige prestaties biedt, is het essentieel om te kijken naar de RAM en cache waarmee het wordt geleverd. Een uitstekende balans tussen beide geheugensystemen is essentieel om het maximale uit uw pc te halen.