Какво е кеш, защо е необходимо и как работи

Съдържание

• Концепцията и видовете кеш
• Човешки език за това как всичко работи

Кое е най -мръсното място на компютъра? Мислите кошницата? Потребителски папки? Охладителна система? Те не се досещаха! Най -мръсното място е кеш! В крайна сметка той постоянно трябва да се почиства!

Всъщност на компютъра има много кеш и те не служат като сметище от отпадъци, а от ускорители на оборудване и приложения. Къде направи репутацията им от „ухапа на системния боклук“? Нека да разберем какво е кешът, как работи, как работи и защо трябва да се почиства от време на време.

Концепцията и видовете кеш

Кешът или кешът се нарича специално съхранение на често използвани данни, достъп до които се прави в десетки, стотици и хиляди пъти по -бързо, отколкото за овен или друг носител на информация.

Приложения (уеб браузъри, аудио и видео плейъри, редактори на бази данни и др. Имат свой кеш. Д.), Компоненти на операционните системи (кеш скици, DNS-KESH) и оборудване (кеш L1-L3 на централния процесор, графичен чип Freimbuer, буфери за задвижване). Той се реализира по различни начини - програмно и хардуер.

• Програмите за кеш са само отделна папка или файл, в който например снимки, меню, скриптове, мултимедийно съдържание и друго съдържание на посетените сайтове се изтеглят например,. Именно в такава папка браузърът е предимно „гмуркане“, когато отворите отново уеб страницата. Изпомпването на част от съдържанието от местното съхранение ускорява зареждането му и намалява мрежовия трафик.

• В задвижванията (по-специално, твърди дискове), кешът е отделен RAM чип с капацитет 1-256 MB, разположен на платката за електроника. Той получава информация, която е само една от магнитния слой и все още не е заредена в RAM, както и данните, които операционната система най -често изисква.

• Съвременният централен процесор съдържа 2-3 основни нива на парична памет (нарича се още супер-окуражителна памет), поставени под формата на хардуерни модули на един кристал с него. Най -бързият и най -малък обем (32-64 kb) е кеш ниво 1 (L1) - работи със същата честота като процесора. L2 заема средна позиция в скоростта и капацитета (от 128 kb до 12 MB). И L3 е най -бавният и обемно (до 40 MB), при някои модели няма. Скоростта на L3 е ниска само спрямо по -бързите му братя, но също така е стотици пъти по -бърза от най -продуктивната операция.

Автоматичната памет на процесора се използва за съхраняване на постоянно използвани данни, изпомпвани от RAM, и инструкции за машинен код. Колкото повече е, толкова по -бързо е процесорът.

Днес три нива на кеширане вече не са границата. С появата на архитектурата на Sandy Bridge, Intel внедри допълнителен кеш L0 в своите продукти (предназначен за съхраняване на декриптирани микрокомуникации). И най -високоефективният процесор също имат кеш от четвъртото ниво, направен под формата на отделен чип.

Схематично, взаимодействието на нивата на кеш L0-L3 изглежда така (за примера на Intel Xeon):

Човешки език за това как всичко работи

За да станете ясно как работи кешът, представете си човек, който работи на бюро. Папки и документи, които той използва постоянно на масата (В кеша). За да получите достъп до тях, просто удължете ръката си.

Документи, които той се нуждае от по -рядко съхранявани близо до рафтовете (В Рам). За да ги получите, трябва да станете и да отидете на няколко метра. И с това, с което човек не работи понастоящем, се предава на архива (Записан на твърд диск).

Колкото по -широка е таблицата, толкова повече документи ще се поберат на нея, което означава, че служителят ще може да получи бърз достъп до повече информация (Колкото по -голям е капацитетът на кеша, толкова повече програма или устройство работи по -бързо в теорията).

Понякога той прави грешки - държи на таблицата на хартията, която съдържа неправилна информация и ги използва на работа. В резултат на това качеството на работата му се намалява (Грешките в кеша водят до неизправности в работата на програми и оборудване). За да коригира ситуацията, служителят трябва да хвърля документите с грешки и да постави правилните на тяхно място (Почистете кеша).

Масата има ограничена зона (Паричната памет има ограничен обем). Понякога може да се разшири например чрез преместване на втората таблица, а понякога е невъзможно (Обемът на кеша може да бъде увеличен, ако такава възможност бъде предоставена от програмата; Кешът на оборудването не може да бъде променен, тъй като се реализира от хардуер).

Друг начин за ускоряване на достъпа до по -голям обем документи, отколкото съдържа таблицата - да се намери помощник, който ще обслужва служителя от рафта (Операционната система може да подчертае част от неизползваната RAM за кеширане на тези устройства). Но все пак е по -бавен от това да ги вземете от масата.

Документите, лежащи под ръка, трябва да са от значение за текущите задачи. Самият служител е длъжен да наблюдава. Поставете нещата редовно в документите (Изместването на нерелевантни данни от кеша се крие „на раменете“ на приложенията, които го използват; Някои програми имат функцията на автоматичното почистване на кеша).

Ако служителят забрави да поддържа ред на работното място и да наблюдава значимостта на документацията, той може да нарисува график за почистване на таблици и да го използва като напомняне. В крайни случаи, за да поведе това на асистента (Ако приложението зависи от кеша, приложението започва да работи по -бавно или често качва без значение данни, използвайте инструментите за почистване на кеша според графика или направете този манипулация).

***

С „функции за кеширане“ всъщност се натъкваме навсякъде. Това е закупуването на продукти за бъдещето и различните действия, които извършваме в миналото, едновременно и t. Д. Всъщност това е всичко, което ни спасява от излишната суматоха и ненужните движения на тялото, оптимизира живота и улеснява труда. Компютърът прави същото. С една дума, ако нямаше кеш, той щеше да работи стотици и хиляди пъти по -бавно. И едва ли бихме харесали.