Kakšna je razlika med RAM-om in predpomnilnikom?

Če ste tehnološki navdušenec, ste morda že slišali za predpomnilnike in kako delujejo z RAM-om v vašem sistemu, da ga naredijo hitrejšega. Toda ali ste se kdaj vprašali, kaj je predpomnilnik in kako se razlikuje od RAM-a?

No, če ste, ste na pravem mestu, saj bomo preučili vse, po čemer se predpomnilnik razlikuje od RAM-a.

Spoznajte pomnilniške sisteme v vašem računalniku

Preden začnemo primerjati RAM in predpomnilnik, je pomembno razumeti, kako je zasnovan pomnilniški sistem v računalniku.

Vidite, tako RAM kot predpomnilnik sta sistema za shranjevanje hlapnega pomnilnika. To pomeni, da lahko oba sistema za shranjevanje začasno shranjujeta podatke in delujeta le, ko sta jima dobavljena električna energija. Zato se ob izklopu računalnika izbrišejo vsi podatki, shranjeni v RAM-u in predpomnilniku.

Zaradi tega razloga ima katera koli računalniška naprava dve različni vrsti sistemov za shranjevanje, in sicer primarni in sekundarni pomnilnik. Pogoni so sekundarni pomnilnik v računalniškem sistemu, kamor shranjujete svoje datoteke in lahko shranjujejo podatke, ko je napajanje izklopljeno. Po drugi strani pa primarni pomnilniški sistemi posredujejo podatke CPU, ko so vklopljeni.

Toda zakaj bi imeli v računalniku pomnilniški sistem, ki ne more shranjevati podatkov, ko je izklopljen? No, obstaja velik razlog, zakaj so primarni pomnilniški sistemi bistveni za računalnik.

Vidite, čeprav primarni pomnilnik v vašem sistemu ne more shranjevati podatkov, ko ni napajanja, so veliko hitrejši v primerjavi s sekundarnimi sistemi za shranjevanje. Glede številk, sekundarni sistemi za shranjevanje, kot so diski SSD, imajo dostopni čas 50 mikrosekund.

Nasprotno pa lahko primarni pomnilniški sistemi, kot je pomnilnik z naključnim dostopom, posredujejo podatke CPE-ju vsakih 17 nanosekund. Zato so primarni pomnilniški sistemi skoraj 3000-krat hitrejši v primerjavi s sekundarnimi pomnilniškimi sistemi.

Zaradi te razlike v hitrostih imajo računalniški sistemi pomnilniško hierarhijo, ki omogoča, da se podatki v CPE dostavijo z osupljivo visokimi hitrostmi.

Tukaj je opisano, kako se podatki premikajo skozi pomnilniške sisteme v sodobnem računalniku.

• Shranjevalni pogoni (sekundarni pomnilnik): Ta naprava lahko trajno shranjuje podatke, vendar ni tako hitra kot CPE. Zaradi tega CPE ne more dostopati do podatkov neposredno iz sekundarnega sistema za shranjevanje.
• RAM (primarni pomnilnik): Ta sistem za shranjevanje je hitrejši od sekundarnega sistema za shranjevanje, vendar ne more trajno shranjevati podatkov. Zato se, ko odprete datoteko v sistemu, premakne s trdega diska v RAM. Kljub temu tudi RAM ni dovolj hiter za CPE.
• Predpomnilnik (primarni pomnilnik): Za rešitev te težave je v CPE vgrajena posebna vrsta primarnega pomnilnika, imenovanega predpomnilnik, ki je najhitrejši pomnilniški sistem v računalniku. Ta spominski sistem je razdeljen na tri dele, in sicer na Predpomnilnik L1, L2 in L3. Zato se vsi podatki, ki jih mora obdelati CPE, premaknejo s trdega diska v RAM in nato v predpomnilnik. Kljub temu CPE ne more dostopati do podatkov neposredno iz predpomnilnika.
• Registri CPU (primarni pomnilnik): Register CPE v računalniški napravi je majhen in temelji na arhitekturi procesorja. Ti registri lahko vsebujejo 32 ali 64 bitov podatkov. Ko se podatki premaknejo v te registre, lahko CPE dostopa do njih in izvede nalogo, ki je pri roki.

Razumevanje RAM-a in njegovega delovanja

Kot je bilo že pojasnjeno, je pomnilnik z naključnim dostopom v napravi odgovoren za shranjevanje in dovajanje podatkov v CPE za programe v računalniku. Za shranjevanje teh podatkov pomnilnik z naključnim dostopom uporablja dinamično pomnilniško celico (DRAM).

Ta celica je ustvarjena s pomočjo kondenzatorja in tranzistorja. Kondenzator v tej ureditvi se uporablja za shranjevanje naboja in temelji na stanju napolnjenosti kondenzatorja; pomnilniška celica lahko vsebuje 1 ali 0.

Če je kondenzator popolnoma napolnjen, naj bi shranil 1. Po drugi strani pa naj bi, ko je izpraznjen, shranil 0. Čeprav je celica DRAM sposobna shranjevati naboje, ima ta zasnova pomnilnika svoje pomanjkljivosti.

Vidite, ker RAM uporablja kondenzatorje za shranjevanje naboja, se nagiba k izgubi naboja, ki ga je shranil v njem. Zaradi tega se lahko izgubijo podatki, shranjeni v RAM-u. Da bi rešili to težavo, se naboj, shranjen v kondenzatorjih, osveži z uporabo zaznavnih ojačevalnikov, kar preprečuje, da bi RAM izgubil shranjene informacije.

Čeprav to osveževanje stroškov omogoča RAM-u shranjevanje podatkov, ko je računalnik vklopljen, uvaja zakasnitev v sistemu, saj RAM ne more prenašati podatkov v CPE, ko se ta osvežuje, kar upočasnjuje sistem navzdol.

Poleg tega je RAM povezan z matično ploščo, ta pa s CPE prek vtičnic. Zato je med RAM-om in CPE precejšnja razdalja, kar podaljša čas, ko so podatki dostavljeni CPE-ju.

Zaradi zgoraj omenjenih razlogov RAM posreduje podatke procesorju le vsakih 17 nanosekund. Pri tej hitrosti procesor ne more doseči najvišje zmogljivosti. To je zato, ker mora biti CPE dobavljen s podatki vsako četrtino nanosekunde, da zagotovi najboljšo zmogljivost, ko deluje na frekvenci turbo boost 4 Gigahertz.

Za rešitev tega problema imamo predpomnilnik, še en sistem za začasno shranjevanje, ki je veliko hitrejši od RAM-a.

Razlaga predpomnilnika

Zdaj, ko vemo o opozorilih, ki prihajajo z RAM-om, si lahko ogledamo predpomnilnik in kako rešuje problem, ki prihaja z RAM-om.

Najprej in najpomembneje, predpomnilnik ni prisoten na matični plošči. Namesto tega je nameščen na samem CPE. Zaradi tega so podatki shranjeni bližje CPE-ju, kar mu omogoča hitrejši dostop do podatkov.

Poleg tega predpomnilnik ne shranjuje podatkov za vse programe, ki se izvajajo v vašem sistemu. Namesto tega hrani samo podatke, ki jih CPE pogosto zahteva. Zaradi teh razlik lahko predpomnilnik pošilja podatke v CPE z osupljivo visokimi hitrostmi.

Poleg tega v primerjavi z RAM-om predpomnilnik uporablja statične celice (SRAM) za shranjevanje podatkov. V primerjavi z dinamičnimi celicami statičnega pomnilnika ni treba osveževati, saj ne uporabljajo kondenzatorjev za shranjevanje nabojev.

Namesto tega uporablja niz 6 tranzistorjev za shranjevanje informacij. Zaradi uporabe tranzistorjev statična celica sčasoma ne izgubi naboja, kar omogoča, da predpomnilnik dobavlja podatke CPE-ju pri veliko večjih hitrostih.

Kljub temu ima predpomnilnik tudi svoje pomanjkljivosti. Prvič, v primerjavi z RAM-om je veliko dražji. Poleg tega je celica statičnega RAM-a veliko večja v primerjavi z DRAM-om, saj se niz 6 tranzistorjev uporablja za shranjevanje enega bita informacije. To je bistveno večje od zasnove celice DRAM z enim kondenzatorjem.

Zaradi tega je gostota pomnilnika SRAM veliko nižja in postavitev enega samega SRAM-a z veliko velikostjo pomnilnika na matrico CPE ni mogoča. Zato je za rešitev te težave predpomnilnik razdeljen v tri kategorije, in sicer predpomnilnik L1, L2 in L3, in je nameščen znotraj in zunaj CPE.

RAM vs. Predpomnilnik

Zdaj, ko imamo osnovno razumevanje RAM-a in predpomnilnika, si lahko ogledamo, kako se med seboj primerjata.

Predpomnilnik je veliko hitrejši od RAM-a

Tako RAM kot predpomnilnik sta hlapna pomnilniška sistema, vendar oba služita različnim nalogam. Po eni strani RAM shranjuje programe, ki se izvajajo v vašem sistemu, medtem ko predpomnilnik podpira RAM s shranjevanjem pogosto uporabljenih podatkov blizu CPE-ja, kar izboljša zmogljivost.

Če torej iščete sistem, ki ponuja odlično zmogljivost, je bistveno, da si ogledate RAM in predpomnilnik, ki ju dobite. Izjemno ravnovesje med obema pomnilniškima sistemoma je bistvenega pomena za kar največji izkoristek vašega računalnika.