Ce sunt datele și stocarea în cache?

Din păcate, computerul nu execută imediat comenzi,pe care le primește de la oameni. O serie de trucuri sunt folosite pentru a accelera acest proces, iar stocarea în cache ocupă locul de mândrie printre ele. Ce este? Ce sunt datele stocate în cache? Cum are loc de fapt acest proces? Ce sunt datele stocate în cache într-un smartphone Samsung, de exemplu, și este diferit de ceea ce este într-un computer? Să ne apucăm să obținem răspunsuri la aceste întrebări.

Ce este un cache?

Acesta este numele tamponului intermediar, careoferă acces rapid la informațiile care sunt cel mai probabil să fie solicitate. Toate datele sunt conținute în el. Un avantaj important este că puteți prelua toate informațiile necesare din cache mult mai rapid decât din magazinul original. Dar există un dezavantaj semnificativ - dimensiunea. Datele din cache sunt utilizate de browsere, hard disk-uri, procesoare, servere web, WINS și DNS. Structura se bazează pe seturi de înregistrări. Fiecare dintre ele este asociat cu un anumit element sau bloc de date, care este o copie a ceea ce se află în memoria principală. Înregistrările au un identificator (etichetă), care este utilizat pentru a determina potrivirea. Să privim dintr-un punct de vedere puțin diferit: ce sunt datele stocate în cache într-un telefon Samsung sau alt producător? Sunt diferite de cele create în computer? Din punct de vedere fundamental - nu, diferența este doar în dimensiune.

Folosește procesul

Când clientul (au fost enumerați mai sus)solicită date, primul lucru pe care îl face computerul este să examineze memoria cache. Dacă conține intrarea necesară, atunci este utilizat. În aceste cazuri, apare o lovitură. Periodic, datele din memoria cache sunt copiate în memoria principală. Dar dacă intrarea necesară nu a fost găsită, atunci conținutul este căutat în stocarea de bază. Toate informațiile preluate sunt transferate în cache pentru ca ulterior să poată fi accesate mai rapid. Procentul în care solicitările au succes se numește rata de accesare sau rata de accesare.

Actualizarea datelor

Când este utilizat cu, de exemplu, un browser webmemoria cache locală este verificată pentru a găsi o copie a paginii. Având în vedere limitările acestui tip de memorie, în cazul unei rateuri, se ia decizia de a arunca o parte din informații pentru a elibera spațiu. Sunt utilizați diverși algoritmi preventivi pentru a decide ce va fi înlocuit. Apropo, dacă vorbim despre ce sunt datele stocate în cache pe Android, atunci în cea mai mare parte sunt folosite pentru a lucra cu imagini și datele aplicației.

Politica de înregistrare

În timpul modificării conținutului cache-ului se actualizează și datele din memoria principală. Decalajul de timp care se scurge între introducerea informațiilor depinde de politica de intrare. Există două tipuri principale:

1. Înregistrare imediată. Fiecare modificare este înregistrată sincron în memoria principală.
2. Întârziat sau reluat.Datele sunt actualizate periodic sau la cererea clientului. Pentru a urmări dacă a fost făcută o modificare, se folosește un steag cu două stări: „murdar” sau modificat. În caz de pierdere, pot fi efectuate două apeluri, direcționate către memoria principală: primul este folosit pentru a scrie datele care au fost modificate din cache, iar al doilea este folosit pentru a citi elementul necesar.

Este posibil ca informațiile dintamponul intermediar devine irelevant. Acest lucru se întâmplă atunci când datele din memoria principală se modifică fără a face ajustări în memoria cache. Pentru coerența tuturor proceselor de editare, se folosesc protocoale de coerență.

Provocări moderne

Cu o creștere a frecvenței procesoarelor șiPrin creșterea performanței RAM, a apărut o nouă zonă cu probleme - interfața limitată de transfer de date. Pe care dintre acestea le poate observa o persoană informată? Memoria cache este foarte utilă dacă frecvența în RAM este mai mică decât în ​​procesor. Multe dintre ele au propriul buffer intermediar pentru a reduce timpul de acces la RAM, care este mai lent decât registrele. CPU-urile care acceptă adresarea virtuală au adesea un buffer mic, dar foarte rapid de traducere a adreselor. Dar, în alte cazuri, memoria cache nu este foarte utilă, iar uneori creează doar probleme (dar aceasta este de obicei la computerele care au fost modificate de un neprofesionist). Apropo, vorbind despre datele stocate în memoria cache a unui smartphone, trebuie remarcat faptul că, datorită dimensiunii mici a dispozitivului, trebuie create noi implementări de cache în miniatură. Unele telefoane se laudă acum cu parametrii computerelor avansate de acum zece ani - și ce diferență în dimensiunea lor!

Sincronizarea datelor între diferite buffere

Cache-ul este util atunci când există doar unul, dar cum să păstrăm eficiența acestei tehnologii, dacă sunt multe? Coerența tamponului rezolvă această problemă. Există trei opțiuni pentru schimbul de date:

1. Inclusiv. Cache-ul se poate comporta după bunul plac.
2. Exclusiv. Dezvoltat pentru fiecare caz specific.
3. Neexclusiv. Standard larg răspândit.

Niveluri de stocare în cache

Numărul lor este de obicei trei sau patru. Cu cât nivelul memoriei este mai mare, cu atât este mai mare și mai lent:

1. cache L1. Cel mai rapid nivel de cache este primul.De fapt, face parte din procesor, deoarece este situat pe o matriță și aparține blocurilor funcționale. De obicei, este împărțit în două tipuri: cache de instrucțiuni și date. Majoritatea procesoarelor moderne nu funcționează fără acest nivel. Acest cache funcționează la frecvența procesorului, astfel încât poate fi accesat în fiecare ciclu de ceas.
2. cache L2.De obicei situat împreună cu precedentul. Este o amintire comună. Pentru a-i afla valoarea, este necesar să împărțiți întregul volum alocat pentru stocarea în cache a datelor la numărul de nuclee din procesor.
3. cache L3. Cel mai lent, dar cel mai mare cache dependent. De obicei, mai mult de 24 MB. Folosit pentru a sincroniza datele care provin din diferite cache L2.
4. cache L4.Utilizarea este justificată numai pentru mainframe-uri și servere multiprocesoare de înaltă performanță. Este implementat ca un microcircuit separat. Dacă pui o întrebare despre ce este stocarea în cache a datelor într-un smartphone Samsung și cauți acest nivel în el, pot spune că s-au grăbit de 5 ani.

Asociativitatea în cache

Aceasta este o caracteristică fundamentală.Asociativitatea datelor din cache este necesară pentru a afișa segmentarea logică. La rândul său, este necesară datorită faptului că enumerarea secvențială a tuturor liniilor disponibile necesită zeci de cicluri de ceas și anulează toate avantajele. Prin urmare, se folosește o legare dură a celulelor RAM la datele din cache pentru a reduce timpul de căutare. Dacă comparăm tampoane intermediare care au același volum, dar asociativitate diferită, atunci cel cu asociativitate mare va funcționa mai puțin rapid, dar cu eficiență specifică semnificativă.

concluzie

După cum puteți vedea, datele stocate în cache la anumitecondițiile permit computerului să funcționeze mai rapid. Dar, din păcate, există încă destul de multe aspecte la care se poate lucra mult timp.