Кэш память назначение: Кэш-память процессора. Уровни и принципы функционирования

Содержание

Кэш-память процессора. Уровни и принципы функционирования

Одним из немаловажных факторов повышающих производительность процессора, является наличие кэш-памяти, а точнее её объём, скорость доступа и распределение по уровням.

Уже достаточно давно практически все процессоры оснащаются данным типом памяти, что ещё раз доказывает полезность её наличия. В данной статье, мы поговорим о структуре, уровнях и практическом назначении кэш-памяти, как об очень немаловажной характеристике процессора.

Что такое кэш-память и её структура

Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.

Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Это тянет за собой множество трудностей в производстве, а также ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры.

Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.

Для чего нужна кэш-память процессора?

Как уже упоминалось выше, главное назначение кэш-памяти – это хранение данных, которые часто используются процессором. Кэш является буфером, в который загружаются данные, и, несмотря на его небольшой объём, (около 4-16 Мбайт) в современных процессорах, он дает значительный прирост производительности в любых приложениях.

Чтобы лучше понять необходимость кэш-памяти, давайте представим себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная память будет являть собою шкаф с папками, к которым периодически обращается бухгалтер, чтобы извлечь большие блоки данных (то есть папки). А стол, будет являться кэш-памятью.

Есть такие элементы, которые размещены на столе бухгалтера, к которым он обращается в течение часа по несколько раз. Например, это могут быть номера телефонов, какие-то примеры документов. Данные виды информации находятся прямо на столе, что, в свою очередь,увеличивает скорость доступа к ним.

Точно так же, данные могут добавиться из тех больших блоков данных (папок), на стол, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф (в оперативную память), тем самым очищая стол (кэш-память) и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.

Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, к которым вероятнее всего будет повторное обращение, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано «после». Вот такие непростые принципы функционирования.

Уровни кэш-памяти процессора

Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней. Конечно же, бывают и исключения, но зачастую это именно так.

В общем, могут быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому из них:

Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.

Мы будем рассматривать объёмы на процессоре высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)

Кэш второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.

Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.


Информация о кэш-памяти в компьютере и зачем она нужна

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.

 

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.

Кэш процессора

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.

Кэш жесткого диска

 

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.

Программный кэш

 

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.

Кэш-память смартфона

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-память процессора. Уровни и принципы функционирования

Одним из немаловажных факторов повышающих производительность процессора, является наличие кэш-памяти, а точнее её объём, скорость доступа и распределение по уровням.

Уже достаточно давно практически все процессоры оснащаются данным типом памяти, что ещё раз доказывает полезность её наличия. В данной статье, мы поговорим о структуре, уровнях и практическом назначении кэш-памяти, как об очень немаловажной характеристике процессора.

Что такое кэш-память и её структура

Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.

Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Это тянет за собой множество трудностей в производстве, а также ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры.

Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.

Для чего нужна кэш-память процессора?

Как уже упоминалось выше, главное назначение кэш-памяти – это хранение данных, которые часто используются процессором. Кэш является буфером, в который загружаются данные, и, несмотря на его небольшой объём, (около 4-16 Мбайт) в современных процессорах, он дает значительный прирост производительности в любых приложениях.

Чтобы лучше понять необходимость кэш-памяти, давайте представим себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная память будет являть собою шкаф с папками, к которым периодически обращается бухгалтер, чтобы извлечь большие блоки данных (то есть папки). А стол, будет являться кэш-памятью.

Есть такие элементы, которые размещены на столе бухгалтера, к которым он обращается в течение часа по несколько раз. Например, это могут быть номера телефонов, какие-то примеры документов. Данные виды информации находятся прямо на столе, что, в свою очередь,увеличивает скорость доступа к ним.

Точно так же, данные могут добавиться из тех больших блоков данных (папок), на стол, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф (в оперативную память), тем самым очищая стол (кэш-память) и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.

Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, к которым вероятнее всего будет повторное обращение, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано «после». Вот такие непростые принципы функционирования.

Уровни кэш-памяти процессора

Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней. Конечно же, бывают и исключения, но зачастую это именно так.

В общем, могут быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому из них:

Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.

Мы будем рассматривать объёмы на процессоре высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)

Кэш второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.

Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.


Что такое кэш? Простыми словами что такое кэш память на ПК, телефоне, браузере

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.

Слово кэш пришло к нам от английского cache, что дословно переводится как «тайник». Не путайте его с однозвучным словом cash, которое означает «наличные деньги».

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.

Кэширование и кэшированные данные

Выделяют два типа кэша:

  1. Аппаратный.
  2. Программный.

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.

Для наглядного понимания работы кэш-памяти и скорости работы, представим в качестве задачи – приготовление салата в реальной жизни. Держа в уме рецепт, вы поочередно добавляете нужные ингредиенты, что находятся на столе. Если требуемого ингредиента под рукой нет, поиск переносится в другое место. Когда выяснится, что нужного компонента дома нет, вам придется сходить в ближайший магазин или съездить в отдаленный супермаркет, а затем вернуться и закончить приготовление. Именно такой путь проделывает процессор при выполнении каждой задачи.

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.

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

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.

Post Views: 478

Принцип работы кэш-памяти — Мегаобучалка

Содержание

Введение………………………………………….…………………………3

Кэш-память и структура……………………………………………………4

Принцип работы кэш-памяти………………………………………………5

Значение кэш памяти……………………………………………………….8

Уровни кэш-памяти процессора……………………………………………9

Заключение…………………………………………………………………10

Список источников и использованной литературы……………………..11

 

Введение

О наличии у любого процессора кэш-памяти знают, наверное, все, кто вообще представляет, что такое процессор. Причем современные х86-совместимые процессоры для ноутбуков и настольных ПК имеют не просто кэш, а целую систему иерархии кэш-памяти, включающей кэш-память первого, второго и даже третьего уровней, которые расположены на кристалле процессора. Но вот зачем процессору нужен кэш и чем один кэш отличается от другого — на эти вопросы сможет ответить уже далеко не каждый пользователь ПК. А вопрос, почему делается несколько кэшей разных уровней и не проще ли создать один большой, может поставить в тупик даже многих опытных пользователей, разбирающихся в «железе». Итак, если вы не знаете, как ответить на перечисленные вопросы, то эта статья будет для вас небезынтересна.

 

 

Кэш-память и ее структура

Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.

Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Это тянет за собой множество трудностей в производстве, а также ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры



Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.

 

Принцип работы кэш-памяти

Итак, мы разобрались с назначением кэша процессора, а теперь рассмотрим базовые принципы работы кэша, которые позволяют ему решать свою основную задачу.

Кэш состоит из контроллера и собственно кэш­памяти. Кэш­контроллер управляет работой кэш­памяти, то есть загружает в нее нужные данные из оперативной памяти и возвращает, когда нужно, модифицированные процессором данные в оперативную память. Архитектурно кэш­контроллер расположен между процессором и оперативной памятью (рис. 1). Перехватывая запросы к оперативной памяти, кэш­контроллер определяет, имеется ли копия затребованных данных в кэше. Если такая копия там есть, то это называется кэш­попаданием (cache hit) — в таком случае данные очень быстро извлекаются из кэша (существенно быстрее, чем из оперативной памяти). Если же требуемых данных в кэше нет, то говорят о кэш­промахе (cache miss) — тогда запрос данных переадресуется к оперативной памяти.

Для достижения наивысшей производительности кэш­промахи должны происходить как можно реже (в идеале — отсутствовать). Учитывая, что по емкости кэш­память намного меньше оперативной памяти, добиться этого не так­то просто. А потому основная задача кэш­контроллера заключается в том, чтобы загружать кэш­память действительно нужными данными и своевременно удалять из нее данные, которые больше не понадобятся. Важно понимать, что кэш всегда «полон», так как оставлять часть кэш­памяти пустой нерационально. Новые данные попадают в кэш только путем вытеснения (замещения) каких­либо старых данных.

Загрузка кэша данными реализуется на основе так называемой стратегии кэширования, а выгрузка данных — на основе политики замещения.

Все современные процессоры имеют как минимум двухуровневую структуру кэш­памяти, а большинство процессоров Intel — трехуровневую кэш­память. При этом различают кэш первого уровня (обозначается L1), кэш второго уровня (L2) и кэш третьего уровня (L3). Причем в случае процессоров Intel кэши всех уровней размещены на кристалле процессора.

Казалось бы, зачем нужно делать так много кэшей? Не проще ли создать один большой кэш? Оказывается, не проще. Проблема заключается в том, что чем больше размер кэша, тем ниже его скорость. То есть можно сделать один большой, но медленный кэш, а можно — несколько маленьких, но быстрых кэшей, и второй вариант оказывается более предпочтительным.

Кроме того, кэши разных уровней в процессоре выполняют различные задачи. Так, самый быстрый и маленький кэш первого уровня L1 всегда делится на кэш данных (L1D) и кэш команд или инструкций (L1I). Это так называемая гарвардская архитектура процессора. Кэш L1 всегда принадлежит только конкретному ядру процессора.

Кэш второго уровня L2 является уже унифицированным (содержит и данные и команды). Кэш L2 всегда больше, чем кэш L1, но медленнее его. В случае многоядерных процессоров кэш L2 принадлежит конкретному ядру процессора.

А вот кэш L3 является самым большим и медленным и разделяется между всеми ядрами процессора (в архитектуре процессоров Intel).

Понятно, что в случае, когда в процессоре имеется многоуровневая система кэш­памяти, необходимо организовать взаимодействие между кэшами разных уровней.

Для начала рассмотрим двухуровневую систему кэша. Такая кэш­память строится на базе одной из двух архитектур: включающей, которую также называют инклюзивной (inclusive), и исключающей, именуемой эксклюзивной (exclusive). То есть кэш L2 всегда построен либо по включающей, либо по исключающей архитектуре по отношению к кэшу L1 (отметим, что при наличии кэша L3 кэши L2 и L1 могут быть и не включающими, и не исключающими по отношению друг к другу).

Кэш L2, построенный по включающей архитектуре, всегда дублирует содержимое кэша L1, а потому эффективная емкость кэш­памяти равна емкости кэша L2.

Кэш L2, построенный по исключающей архитектуре, никогда не дублирует содержимое кэша L1, а потому эффективная емкость кэш­памяти равна суммарной емкости кэшей L1 и L2.

Пусть кэш имеет включающую архитектуру. Рассмотрим, каким образом происходит запись данных из оперативной памяти в такой кэш. Если в такой системе кэш­памяти при полностью заполненном кэше L2 процессор пытается загрузить еще одну кэш­строку, то произойдет следующее. Обнаружив, что все кэш­строки заняты, кэш L2 избавляется от наименее ценной из них, стремясь при этом найти линейку, которая еще не была модифицирована, поскольку в противном случае ее еще придется выгружать в оперативную память.

Затем кэш L2 передает полученные из памяти данные кэшу L1. Если кэш первого уровня также заполнен, ему приходится избавляться от одной из кэш­строк по сценарию, описанному выше.

Таким образом, загруженная порция данных присутствует и в кэше L1, и в кэше L2.

Отметим, что процессоры Intel Pentium II и Pentium III имели двухуровневый кэш, построенный по включающей архитектуре.

В случае кэша, построенного по исключающей архитектуре, кэш L1 никогда не уничтожает кэш­строки при нехватке места. Даже если кэш­строки не были модифицированы, они вытесняются в кэш L2 на то место, где находилась только что переданная кэшу L1 кэш­строка. То есть кэши L1 и L2 как бы обмениваются друг с другом своими кэш­строками, благодаря чему кэш­память используется весьма эффективно.

 

Значение кэш-памяти

Как уже упоминалось выше, главное назначение кэш-памяти – это хранение данных, которые часто используются процессором. Кэш является буфером, в который загружаются данные, и, несмотря на его небольшой объём, (около 4-16 Мбайт) в современных процессорах, он дает значительный прирост производительности в любых приложениях.

Чтобы лучше понять необходимость кэш-памяти, давайте представим себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная память будет являть собою шкаф с папками, к которым периодически обращается бухгалтер, чтобы извлечь большие блоки данных (то есть папки). А стол, будет являться кэш-памятью.

Есть такие элементы, которые размещены на столе бухгалтера, к которым он обращается в течение часа по несколько раз. Например, это могут быть номера телефонов, какие-то примеры документов. Данные виды информации находятся прямо на столе, что, в свою очередь,увеличивает скорость доступа к ним.

Точно так же, данные могут добавиться из тех больших блоков данных (папок), на стол, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф (в оперативную память), тем самым очищая стол (кэш-память) и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.

Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, к которым вероятнее всего будет повторное обращение, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано «после». Вот такие непростые принципы функционирования.

Оперативная и кэш память. ПЗУ. Назначение и основные характеристики. — Студопедия

Запоминающие устройства характеризуются двумя параметрами:

— объем памяти – размер в байтах, доступных для хранения информации;

— время доступа к ячейкам памяти – средний временной интервал, в течение которого находится требуемая ячейка памяти и из нее извлекаются данные.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ; RAM – RandomAccessMemory) предназначено для оперативной записи, хранения и чтения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ЭВМ в текущий период времени. После выключения питания ЭВМ, информация в ОЗУ уничтожается, поэтому она не подходит для долговременного хранения информации. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выраженный числом. В ЭВМ на базе процессоров IntelPentium используется 32-разрядная адресация. Это означает, что число независимых адресов равно 232, то есть возможное адресное пространство составляет 4,3 Гбайт. Объем ОЗУ превышает 4096 Мбайт (2011 г.), время доступа 0,005-0,02 мкс. 1 с = 106 мкс.

Общая классификация делит данное устройство на 2 типа памяти: SRAM (статическая) и DRAM (динамическая). Первая используется как кеш-память ЦП, второй отводится роль оперативной памяти ПК. Любая SRAM содержит триггеры, которые могут находиться в двух состояниях: «включено» и «выключено». Они включают в себя сложный процесс построения технологической цепи, ввиду чего занимают много места. Цена данного устройства будет значительно выше, нежели DRAM, в которой отсутствуют триггеры, но есть 1 транзистор и 1 конденсатор, из-за чего оперативная память получается компактней.


Кэш-память – это высокоскоростная память, которую использует процессор персонального компьютера для хранения часто запрашиваемой информации на протяжении определенного времени. Она качественно увеличивает производительность, поскольку “указывает” процессору, где именно искать нужную информации и как получить данные самым быстрым способом. Первой инстанцией, которая занимается доставкой информации к процессору персонального компьютера, выступает оперативная память. Тем не менее, хотя она в разы быстрее диска, она не всегда успевает за конкретными потребностями этой микросхемы. Именно поэтому данные, которые используются чаще остальных, переводят на второй уровень кэш. Что это такое? В данном случае память располагается на отдельной микросхеме с ультравысокой скоростью, которая помещается рядом с процессором, а в новых компьютерах и вообще интегрирована в сам чип. Информация, используемая чаще всего, например, одни и те же команды, перемещается в специальную ячейку процессора и являет собою кэш-память первого уровня. Это самая быстрая память в персональном компьютере. Как только процессору необходимо выполнить определенное задание, он первым делом анализирует свои данные в регистре. Если информации там нет, он обращается к кэш-памяти первого уровня, далее — к кэш второго уровня. Если там сведения тоже не обнаружены, процессор обращается к оперативной памяти. В конечном варианте, если нужные данные не были нигде найдены, микросхема считывает информацию с жесткого диска. Соответственно, чем раньше процессор найдет нужные данные, тем быстрее он выполнит поставленную перед ним задачу.Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней.Кэш первого уровня (L1) – объём: несколько Кбайт (128 Кбайт) Кэш второго уровня (L2) – объём:нескольких сотен килобайт до нескольких мегабайт(1 Мб)Кэш третьего уровня (L3) – объём:от одного до нескольких мегабайт.(15 – 20 Мб)


Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ; ROM – ReadOnlyMemory) хранит неизменяемую (постоянную) информацию: программы, выполняемые во время загрузки системы, и постоянные параметры ЭВМ. В момент включения ЭВМ МП необходимы команды. Поэтому МП обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес из ПЗУ. Основное назначение программ из ПЗУ состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жесткими и гибкими дисками. Обычно изменить информацию ПЗУ нельзя. Объем ПЗУ 128-256 Кбайт, время доступа 0,035-0,1 мкс. Так как объем ПЗУ небольшой, но время доступа больше, чем у ОЗУ, при запуске все содержимое ПЗУ считывается в специально выделенную область ОЗУ.

Кэш – что это такое простыми словами

С появлением компьютера и развитием Интернета в наш лексикон ворвалось много новых терминов. Один из них – кэш. Что это такое простыми словами? Попробуем в этом разобраться.

Общие понятия о кэше

Согласно Википедии, кэшем называют промежуточный буфер памяти, который содержит информацию с наибольшей вероятностью запроса. Скорость доступа к этой памяти гораздо больше, чем получение данных из исходного хранилища.

Часто кэшем называют также временные файлы и данные, хранящиеся в памяти компьютера, телефона, браузера или сервера.

Процесс сохранения информации в кэш называют кэшированием.

Для более ясного понимания, что такое кэш, можно привести такую аналогию.

Допустим вам нужно приготовить доклад на какую-то тему. Для этого вам нужны определенные документы, книги. Вы идете в библиотеку, выбираете нужные вам материалы, приносите домой и кладете на свой рабочий стол. Теперь для получения нужной информации достаточно протянуть руку и открыть соответствующую книгу. В данном случае рабочий стол играет роль кэша.

Назначение кэша – сократить время доступа к информации и, тем самым увеличить быстродействие компьютера или программы.

Типы кэша

Кеширование применяется во многих случаях, когда нужно увеличить скорость работы с данными, поэтому реализовать его можно по-разному. Выделяют два способа кэширования:

  • Аппаратная реализация;
  • Программная реализация.

Рассмотрим эти способы немного подробнее.

Аппаратная реализация

Такой способ кэширования основан на использовании специального устройства памяти для хранения и быстрого извлечения информации.

Например, жесткий диск имеет специальную микросхему в качестве такого хранилища.

Сложную многоступенчатую систему кэширования имеет центральный процессор или мобильные устройства. Естественно, увеличить размер аппаратного кэша нельзя.

Программная реализация

При таком способе кэширования для временного сохранения данных выделяется область на диске, в которой ОС или приложение хранят часто используемые файлы. При каждом запросе пользователя программа сначала обращается за данными к кэшу, и, если эти данные отсутствуют, загружает их из удаленных источников, например, Интернета.

При программном кэшировании размер кэша зависит от размера свободного дискового пространства, а скорость загрузки – от типа носителя.

Кэширование на компьютере

Операционная система компьютера использует программное кэширование. В выделенной области диска хранятся различные временные файлы, которые возникают при работе компьютера.

Кэшированием можно назвать и использование так называемого файла подкачки, который создает ОС на диске ПК.

Как известно, при работе компьютера файлы программ и обрабатываемые данные загружаются в оперативную память для более быстрого доступа к ним. Но этой памяти может быть недостаточно, тогда часть данных отправляется в файл подкачки, который играет роль дополнительного ОЗУ. Объем этого файла регулируется ОС и тем самым компенсируется недостаток оперативной памяти.

Что такое кэш на телефоне

Современные телефоны и смартфоны также используют кэш в своей работе, но здесь это понятие несколько шире. Кэш на телефоне — это не только временные файлы, но и дополнения к программам и играм. Без них программы и игры будут иметь ограничения в работе, а в некоторых случаях даже не запустятся.

   или 

Что такое кэш браузера

Любой современный браузер (Chrome, Opera, Mozilla и т. д.) обязательно использует кэширование. Это необходимо для быстрой загрузки веб-страниц и экономии трафика. Это достаточно легко проверить. Если измерить время загрузки страницы при первом посещении сайта и время ее повторной загрузки, то они могут заметно отличаться, так как во втором случае многие файлы, составляющие эту страницу, будут загружаться из кэша на жестком диске вашего компьютера, а не из Интернета.

В браузере используется программное кеширование. Эта технология позволяет быстрее загружать и последующие страницы сайта, хотя заходим на них только первый раз. Объясняется это тем, что на них обязательно присутствуют повторяющиеся элементы (шапка, подвал, сайдбар и т. д.), которые уже сохранены в кэше после посещения одной страницы.

Кэширование браузером веб-страниц имеет и недостатки. Например, если мы посещаем много различных сайтов, то кэш оказывается заполненным информацией о них, а при заходе на новый сайт браузер сначала пытается найти информацию о нем в кэше и, только не найдя ничего, начинает загрузку из Интернета. В результате время загрузки оказывается даже больше, чем без кэширования. Поэтому кэш браузера необходимо периодически чистить.

Кэш центрального процессора

Процессоры имеют огромную скорость обработки данных, которую не может обеспечить оперативная память. Именно поэтому центральный процессор использует кэширование, при этом он имеет 2-3 уровня кэш-памяти, которые обозначаются L1-L2 (Level 1-3). Уровень L1 имеет наименьший объем, но наибольшую скорость работы. Он работает на той же частоте, что и процессор. Последующие уровни имеют соответственно меньшую скорость работы, но больший объем. Иногда кэш-память центрального процессора называют сверхоперативной памятью.

Очистка кэша

Нужно ли чистить кэш? Вернемся к нашей аналогии с библиотекой и рабочим столом.

Допустим, вы закончили свой доклад, но книги, которые взяли в библиотеке, еще не вернули, они остались на столе. Теперь вы начали готовить новый текст, для которого принесли новые книги и положили на стол. Ели продолжать в том же духе, то через некоторое время ваш рабочий стол будет завален книгами, большинство из которых вам уже не нужно, черновиками и т. д. Конечно, работать в этом случае будет труднее, и находить нужную информацию вы будете все медленнее. Поэтому ненужные книги нужно сдавать в библиотеку, а черновики выбрасывать.

Точно также нужно периодически чистить кэш, причем, когда говорится об очистке, имеется в виду программный кэш. Аппаратный кэш – это микросхемы, которые содержат данные только при работе компьютера, а при его выключении все автоматически исчезает.

Для очистки кэша существуют как встроенные, так и специальные программные средства. Рассмотрим некоторые, наиболее важные.

Как очистить кэш браузера

У каждого браузера в меню есть команда для очистки кэша. Найти ее несложно, но сделаю подсказки для наиболее распространенных браузеров.

Google Chrome

В правом верхнем углу браузера нажимаем на кнопку Меню, выбираем Настройки, открывшуюся вкладку прокручиваем вниз и открываем Дополнительные, здесь находим пункт Очистить историю.

В открывшемся окне ставим галочки для тех данных, которые нужно удалить, выбираем временной интервал и нажимаем Удалить данные.

Mozilla Firefox

Аналогично, заходим в Меню, открываем вкладку Настройки,

выбираем раздел Приватность и защита

и находим пункт Куки и данные сайтов.

После нажатия также в открывшемся окне выбираем, что нужно удалять.

Opera

Точно также идем в Меню Простые настройки и прокручиваем его до пункта Очистить историю посещений

После нажатия на кнопку открывается окно, в котором отмечаем данные,подлежащие удалению и жмем Удалить данные.

Универсальный метод

Если не хочется искать в меню нужную команду, можно использовать метод, который работает во всех браузерах. Это набор горячих клавиш

Ctrl+Shift+Delete,

который сразу открывает нужное окно.

CCleaner

Существует много, так называемых, программ-«чистильщиков», предназначенных для очистки компьютера от разного рода «мусора» и ускорения его работы.

CCleaner  — наиболее известная из них. Она предназначена для очистки и оптимизации компьютеров с ОС Windows.

С ее помощью можно удалить нежелательные или нерабочие файлы, недействительные или неверные записи в реестре и многое другое. Одна из функций – удаление кэшированных данных, созданных как операционной системой, так и различными приложениями, в первую очередь, браузерами.

CCleaner — программа очень полезная, и я считаю ее одной из обязательных для установки на компьютер.

Программа Glary Utilities

GU – еще одна универсальная программа для чистки и оптимизации ОС. Ее основные возможности, в основном, сходны с возможностями предыдущей программы. Хочу отметить очень удобную команду 1-Кликом, которая находится во второй вкладке окна программы. Эта кнопка запускает целую серию команд, в функции которых входит стандартная очистка ПК. Настраивать при этом ничего не нужно.

Программа имеет дружеский пользовательский интерфейс, что позволяет применять ее пользователям любого уровня. Она также входит в разряд рекомендованных мной.

Кэширование сайта

Этот вопрос наиболее актуален для веб-мастеров.

Страницы сайта могут кэшироваться на нескольких уровнях.

Большинство современных сайтов написаны на языке PHP и имеют динамические страницы, которые создаются «на лету» по запросу пользователя. Вкратце напомню, как это происходит.

После запроса посетителя сайта (то есть клика по ссылке на страницу) сервер обращается к базе данных и папкам, содержащим необходимые медиафайлы, файлы стилей, скриптов, находит нужную информацию и, используя команды, написанные на языке PHP, формирует HTML-страницу, актуальную на данный момент и для данного посетителя. Именно эту страницу и получает браузер. Так как большинство страниц изменяется редко или не изменяется совсем, сервер отправляет их в кэш, чтобы при последующих запросах не создавать их заново. Это заметно сокращает время загрузки.

Очень много (большая часть) сайтов создано с использованием различных CMS (WordPress, Joomla!, Drupal …). Для таких ресурсов уже разработаны готовые решения для кэширования в виде плагинов или расширений.

Например, самый популярный движок WordPress может использовать такие плагины кэширования:

  • WP Rocket,
  • W3 Total Cache,
  • WP Super Cache,
  • WP Fastest Cache,
  • Comet Cache,
  • Cache Enabler и многие другие.

Каждый из них имеет свои возможности и настройки. Я использую на своих сайтах плагин Hyper Cache. Он бесплатный, легко настраивается и неплохо справляется со своими обязанностями.

Другой уровень кэширования сайта уже описывался выше. Это кэш браузера, то есть сохранение информации на уровне клиента.

Все эти методы позволяют заметно увеличить скорость загрузки сайта, снизить нагрузку на сервер и сэкономить трафик. Но иногда кэширование мешает актуальному отображению страниц сайта, так как загружаются данные, которые устарели. Поэтому приходится очищать кэш вручную.

Итак, подводя итоги, можно сказать простыми словами, что кэш – это место для временного хранения информации, которая может быть затребована в ближайшее время. Он служит для ускорения доступа к данным, но для оптимальной работы его нужно периодически очищать.

Элемент

(настройки кэша) | Документы Microsoft

  • 2 минуты на чтение

В этой статье

Определяет элемент, который используется для настройки кэша, основанного на классе MemoryCache. Класс MemoryCacheElement определяет элемент memoryCache, который можно использовать для настройки кеша.В одном приложении можно использовать несколько экземпляров класса MemoryCache. Каждый элемент memoryCache в файле конфигурации может содержать настройки для именованного экземпляра MemoryCache.

<конфигурация>

Синтаксис

  <кэш памяти>
    
        
    

  

Тип

MemoryCache класс.

Атрибуты и элементы

В следующих разделах описаны атрибуты, дочерние и родительские элементы.

Атрибуты

Атрибут Описание
CacheMemoryLimitMegabytes Максимальный размер памяти в мегабайтах, до которого может вырасти экземпляр объекта MemoryCache. Значение по умолчанию — 0, что означает, что по умолчанию используется эвристика автоматического изменения размера класса MemoryCache.
Имя Имя конфигурации кеша.
PhysicalMemoryLimitPercentage Процент физической памяти, которая может использоваться кешем. Значение по умолчанию — 0, что означает, что по умолчанию используется эвристика автоматического изменения размера класса MemoryCache.
Интервал опроса Значение, указывающее интервал времени, по истечении которого реализация кэша сравнивает текущую загрузку памяти с абсолютными и процентными ограничениями памяти, установленными для экземпляра кэша.Значение вводится в формате «ЧЧ: ММ: СС».

Дочерние элементы

Элемент Описание
Содержит набор параметров конфигурации для экземпляра namedCache .

Родительские элементы

Элемент Описание
<конфигурация> Задает корневой элемент в каждом файле конфигурации, который используется средой CLR и.NET Framework приложений.
Содержит типы, позволяющие реализовать кэширование вывода в приложениях, встроенных в .NET Framework.

Примечания

Класс MemoryCache — это конкретная реализация абстрактного класса ObjectCache. Экземпляры класса MemoryCache могут поставляться с информацией о конфигурации из файлов конфигурации приложения. Раздел конфигурации memoryCache содержит коллекцию конфигурации namedCaches .

При инициализации объекта кэша на основе памяти он сначала пытается найти запись namedCaches , которая соответствует имени в параметре, который передается конструктору кэша памяти. Если обнаружена запись namedCaches , информация об опросе и управлении памятью извлекается из файла конфигурации.

Затем процесс инициализации определяет, были ли переопределены какие-либо записи конфигурации, используя дополнительный набор пар имя / значение информации конфигурации в конструкторе.Если вы передадите любое из следующих значений в коллекции пар имя / значение, эти значения переопределят информацию, полученную из файла конфигурации:

Пример

В следующем примере показано, как установить имя объекта MemoryCache равным имени объекта кэша по умолчанию, задав для атрибута name значение «Default».

Атрибут cacheMemoryLimitMegabytes и атрибут physicalMemoryLimitPercentage установлены в ноль. Установка этих атрибутов в ноль означает, что по умолчанию используется эвристика автоматического изменения размера MemoryCache.Реализация кэша должна каждые две минуты сравнивать текущую загрузку памяти с абсолютными и процентными ограничениями памяти.

  <конфигурация>
  
    
      
          
      
    
  

  

См. Также

.Архитектура компьютера

— Расчет среднего времени доступа к памяти в системе, реализующей кэш-память

Переполнение стека
  1. Около
  2. Продукты
  3. Для команд
  1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
  2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
  3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
  4. Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
  5. Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
  6. О компании
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *