Què passarà quan la memòria cau de la RAM estigui plena?

La memòria cau és un component d'ordinadors basat en xips que fa recuperar dades de la memòria de l'ordinador més eficient. Actua com una àrea d'emmagatzematge temporal que el processador de l'ordinador pot recuperar dades fàcilment. Aquesta àrea d' emmagatzematge temporal, coneguda com a Cau , està més fàcilment disponible al processador que la font principal de memòria de l'ordinador, normalment hi ha alguna forma de DRAM .

La memòria cau de vegades s' anomena CPU (La memòria del processamentcentral) perquè normalment està integrada directament en el xip de CPU o col· loca en un xip separat que té un separat busDescription of a condition. Do not translate key words (# V1S #, # V1S #, # V1 #,...) Interconnexió amb la CPU. Per tant, és més accessible al processador, i pot incrementar l'eficiència, perquè és físicament a prop del processador.

Per tal d'estar a prop del processador, la memòria cau ha de ser molt més petita que la memòria principal. Per tant, té menys espai d'emmagatzematge. També és més car que la memòria principal, ja que és un xip més complex que dóna un rendiment més alt.

El que fa sacrificis en la mida i el preu, fa que sigui a la velocitat. La memòria cau opera entre 10 i 100 vegades més ràpid que la RAM, que requereix només uns pocs nanosegons respondre a una petició de la CPU.

El nom del maquinari real que s' usa per a la memòria cau és memòria d' accés a gran velocitat estàtica ( SRAConstellation name (optional) ). El nom del maquinari que s' usa en la memòria principal d' un ordinador és memòria d' accés dinàmic (DRAM).

La memòria cau no s'ha de confondre amb la memòria cau del terme més àmplia. Els llocs cau són magatzems temporals de dades que poden existir tant en maquinari com en programari. La memòria cau es refereix al component de maquinari específic que permet als ordinadors crear cau a diversos nivells de la xarxa.

Tipus de memòria cau

La memòria cau és ràpida i cara. Tradicionalment, es categoritza com a "els nivells" que descriuen la seva proximitat i accessibilitat al microprocessador. Hi ha tres nivells generals de la memòria cau:

Memòria cau L1 , o la memòria cau primària, és extremadament ràpida, però relativament petita, i normalment està encastat en el xip de processador com a cau de la CPU.

Memòria cau L2 La memòria cau o secundaria sovint és més important que la L1. La memòria cau L2 es pot incrustar a la CPU, o pot ser en un xip separat o coprocessador i tenir un autobús alternatiu d'alta velocitat connectant la memòria cau i la CPU. D'aquesta manera no es fa lent pel trànsit a l'autobús principal del sistema.

Nivell 3 (L3) cau La memòria especial es desenvolupa per millorar l'actuació de L1 i L2. L1 o L2 poden ser molt més ràpid que L3, tot i que L3 normalment és doble la velocitat de DRAM. Amb Processadors multicore Cada nucli pot tenir la memòria cau L1 i L2 dedicada, però poden compartir una memòria cau de L3. Si un cau L3 fa referència a una instrucció, normalment és elevat a un nivell més alt de la memòria cau.

En el passat, L1, L2 i la cau de L3 s' han creat usant components de processador combinats i mareboard. Fa poc, la tendència ha estat cap a la consolidant tots tres nivells de memòria sobre la pròpia CPU. És per això que el primer mitjà per augmentar la mida de la memòria cau ha començat a canviar de l'adquisició d'una pissarra específica amb diferent xips i arquitectura de bus per a comprar una CPU amb la quantitat correcta d' integrat L1, L2 i la memòria cau de L3.

Contràriament a la creença popular, implementant flash o més RAM dinàmic ( DRAM ) en un sistema no incrementarà la memòria cau. Això pot ser confús des dels termes cau de memòria (Transionació de disc dur dur) i Memòria cau Sovint s'utilitza intercanviable. cau de memòria, usant DRAM o flash a Memòria intermèdia La lectura del disc està destinada a millorar el magatzem I/O fent servir dades de cau que sovint són referenciades en una memòria intermèdia per davant d'un disc magnètic més lent o cinta. Memòria cau, d'altra banda, proporciona la memòria intermèdia de lectura per a la CPU.

Mapatge de memòria cau

Les configuracions de dolor continuen evolucionant, però la memòria cau tradicional funciona sota tres configuracions diferents:

Memòria cau amb mapa directa Cada bloc està mapaat exactament a un lloc de memòria cau. Conceptiument, una memòria cau de mapa directa és com files en una taula amb tres columnes: el bloc de memòria cau que conté les dades actualment carregades i emmagatzemades, una etiqueta amb totes o part de l' adreça de les dades que s' han recuperat, i una Bandera bit que mostra la presència a l' entrada de fila d' una mica de dades vàlida.
Mapatge complet associtiu de la memòria cau És semblant a un mapatge directe en estructura però permet que un bloc de memòria estigui mapat a qualsevol ubicació de la memòria cau en comptes d' un lloc de memòria cau especificat com el cas amb mapatge directe.
Estableix el mapatge de memòria cau isocitiu Es pot veure com un compromís entre el mapatge directe i el mapa tansocitiu en el qual cada bloc està mapat a un subconjunt de les ubicacions de la memòria cau. De vegades es diu Mapatge asocitiu N-way establert , la qual proveeix d' una ubicació en la memòria principal per a desar- se a qualsevol de les localitzacions "N" de la memòria cau de L1.

Polítiques d' escriptura de dades

Les dades es poden escriure a memòria usant una varietat de tècniques, però les dues principals que inclouen la memòria cau són:

A través de l'escriguit. Les dades s' escriuen tant a la memòria cau com a la memòria principal alhora.
Ha tornat l'escriptura. Les dades només s' escriuen al cau inicialment. Les dades es poden escriure a la memòria principal, però això no necessita passar i no inhibi la interacció de prendre lloc.

La manera en com s' escriuen les dades a la memòria cau impacta a la consistència de dades i eficiència. Per exemple, quan s'utilitza per escriptura, cal més escriptura, que provoca que el retard arribi al front. Quan s' usa escriptura, les operacions poden ser més eficients, però les dades poden no ser consistents entre les memòries principals i cau.

D'una manera que un ordinador determina la consistència de dades és examinant la part bruta de la memòria. La part bruta és una mica inclosa en blocs de memòria que indiquen si s' ha modificat la informació. Si les dades arriba al fitxer de registre del processador amb una mica bruta, vol dir que no està actualitzada i que hi ha versions més recents en un altre lloc. Aquest escenari és més probable que passi en un escenari d'escriptura, perquè les dades s' escriuen a les dues àrees d' emmagatzematge asíncronament.

Especialització i funcionalitat

A més d' instruccions i registres de dades, es dissenyen altres caudes per proveir funcions especialitzades del sistema. Segons algunes definicions, el disseny compartit de la memòria cau de L3 el converteix en una memòria cau especialitzada. Altres definicions mantenen el cau d' instruccions i el cau de dades separat i es refereixen a cadascun com a un cau especialitzat.

Encara no hi ha altres memòria cau, tècnicament parlant, cau de memòria. Memòria cau de disc , per exemple, pot usar DRAM o Memòria flaix per proporcionar una cau de dades semblant al que fan els cau de memòria amb instruccions de la CPU. Si les dades s' accedeix sovint des del disc, es manté al cau en DRAM o en tecnologia d'emmagatzematge basat en flash per a temps d' accés més ràpid i resposta.

La memòria cau especialitzada també està disponible per a aplicacions com navegadors web, bases de dades, vinculació de xarxa i client-side Sistema de fitxers de xarxa Implementació del protocol. Aquests tipus de memòria cau es poden distribuir a través de múltiples màquines en xarxa per a proveir d' una major abundància o rendiment a una aplicació que les usa.

Localitat

L'habilitat de memòria cau per millorar el rendiment d'un ordinador depèn del concepte de referència localitat. La localitat descriu diverses situacions que fan que un sistema sigui més previsible. La memòria cau s'aprofitarà d'aquestes situacions per crear un patró d'accés de memòria en què pugui confiar.

Hi ha diversos tipus de localitat. Dos claus per al cau són:

La localitat temporal. Això és quan s' accedeixen els mateixos recursos repetidament en una breu quantitat de temps.
La localitat Spacial. Això es refereix a accedir a diverses dades o recursos que es troben a prop l'un a l'altre.

Rendiment

La memòria cau és important perquè millora l'eficiència de la recuperació de les dades. Emmagatzema les instruccions del programa i les dades que s' usen repetidament en l' operació de programes o informació que segurament la CPU necessita a continuació. El processador d'ordinadors pot accedir a aquesta informació més ràpidament de la memòria cau que de la memòria principal. Accés ràpid a aquestes instruccions incrementa la velocitat global del programa.

A més de la seva funció principal de millora del rendiment, la memòria cau és un recurs valuós per S' està avaluant El rendiment d'un ordinador és global. Els usuaris poden fer-ho mirant la relació d'atac a la memòria cau. La memòria cau conté instàncies en les que el sistema recupera correctament les dades de la memòria cau. Una memòria cau de la memòria cau és quan el sistema cerca les dades de la memòria cau, no el pot trobar, i sembla un altre lloc. En alguns casos, els usuaris poden millorar la relació d' impacte ajustant la mida del bloc de memòria cau, la mida de les unitats emmagatzemades.

El rendiment millorat i l'habilitat de controlar el rendiment no només es tracta de millorar la conveniència general per a l' usuari. Com a avenços tecnològics i cada vegada més es basa en Acrític de missió Els escenaris, la velocitat i la fiabilitat es fan crucials. Fins i tot uns quants mil·lisegons de la tardència podrien portar a grans despeses, depenent de la situació.

Memòria cau contra memòria principal

DRAM serveix com a record principal d' un ordinador, realitzant càlculs en dades recuperats des de l' emmagatzematge. Tant la memòria cau com la memòria cau són records volàtils que perden els seus continguts quan s'apagui el poder. El DRAM està instal·lat a la pissarra, i la CPU l'accés a través d'una connexió amb autobús.

El DRAM normalment és la meitat tan ràpida com L1, L2 o memòria cau de L3, i molt menys cara. Proporciona accés de dades més ràpid que l' emmagatzematge flash, unitats de disc dur ( HDD ) i magatzem de cinta. Es va fer servir en les últimes dècades per a proveir un lloc per a emmagatzemar sovint les dades del disc per millorar el rendiment de la I/O.

S' ha de refrescar cada mil· lisegons. Memòria cau, que també és un tipus de memòria d' accés aleatori, no cal ser refrescat. Es construeix directament a la CPU per a donar al processador el possible accés a les localitzacions de memòria i proporciona temps d' accés de velocitat nanosegon sovint a instruccions referenciades i dades. SRAM és més ràpid que DRAM, però perquè és un xip més complex, també és més car fer.

Memòria cau contra memòria virtual

Un ordinador té una quantitat limitada de DRAM i fins i tot menys memòria cau. Quan s' està executant un programa gran o múltiples programes, és possible que la memòria s' usi completament. Per compensar una manca de memòria física, el sistema operatiu de l'ordinador ( SO ) pot crear Memòria virtual .

Per a fer-ho, les transferències temporalment de l' OSM inactius de dades DRAM a l' emmagatzematge del disc. Aquest enfocament incrementa l' espai d' adreça virtual usant la memòria activa en DRA i la memòria inactiva en HDD per formar adreces contigües que tenen tant una aplicació com les seves dades. La memòria virtual permet un ordinador executar programes més grans o múltiples programes simultàniament, i cada programa opera com si tingués memòria il· limitada.

Per a copiar la memòria virtual en memòria física, l' OSM divideix la memòria en fitxers de pàgina o intercanviar fitxers que contenen un cert nombre d' adreces. Aquestes pàgines es desen en un disc i quan són necessàries, l'OSM els copia del disc a la memòria principal i tradueix l'adreça virtual a una memòria física. Aquestes traduccions són gestionades per una unitat de gestió de memòria ( MUMLanguage ).

Implementació i història

Els principals marcs van fer servir una primera versió de memòria cau, però la tecnologia tal com es coneix avui s'havia de desenvolupar amb l'aparició de microordinadors. Amb els PC primers, el rendiment del processador va augmentar molt més ràpid que el rendiment de la memòria, i la memòria es va convertir en sistemes embotejants i lents.

Als anys 80, la idea va agafar que una petita quantitat més cara, més ràpida es podia utilitzar per millorar el rendiment de la memòria més cara i més lenta. Inicialment, la memòria cau estava separada del processador del sistema i no sempre inclosa en el xip. Els PC primers normalment tenien de 16 KB a 128 KB de memòria cau.

Amb 486 processadors, Intel·ligència afegeix 8 KB de memòria a la CPU com a nivell 1 ( L1 memòria ). Tant com 256 KB de nivell extern 2 (L2) memòria cau del cau es va utilitzar en aquests sistemes. Els processadors Pentius van veure el doble de memòria cau extern de nou a 512 KB al final d' alt. També divideixen la memòria cau interna en dos cau: una per a instruccions i l'altra per a dades.

Processadors basats en la microruttura de l'Intel P6, introduït el 1995, va ser el primer a incorporar memòria cau L2 a la CPU i habilita la memòria de memòria cau d' un sistema a executar al mateix lloc Velocitat del rellotge com a processador. Abans del P6, la memòria L2 externa de la CPU es va accedir a una velocitat més lenta que la taxa en què el processador va córrer i va alentir el rendiment del sistema considerablement.

Els controladors de memòria cau primerencs usen una arquitectura de memòria cau d' escriptura, on les dades escrites a la memòria cau també s' han actualitzat immediatament a la RAM. Això s' acosta a la pèrdua de dades minimitzades, però també operacions lentes. Amb els PC basats més tard de 486, es va desenvolupar l'arquitectura de la memòria cau d'escriptura, on la RAM no s'ha actualitzat immediatament. En comptes d' això, les dades es desen a la memòria cau i la RAM s' actualitzaran només en intervals específics o en certes circumstàncies en les que falten les dades o anteriors.