Кэш память в компьютере

3.3 Подробности реализации кэш-памяти процессора

Разработчики кэш-памяти столкнулись с проблемой, состоящей в том, что потенциально в кэш-памяти может оказаться любая ячейка огромной основной памяти. Если рабочий набор данных, используемых в программе, достаточно большой, то это означает, что за каждое место в кэш-памяти будут соревноваться многие фрагменты основной памяти. Как ранее уже сообщалось, нередко соотношение между кэш-памятью и основной памятью составляет 1 к 1000.

3.3.1 Ассоциативность

Можно было бы реализовать кэш-память, в которой каждая кэш-строка может хранить копию любой ячейки памяти. Это называется полностью ассоциативной кэш-памятью (fully associative cache). Чтобы получить доступ к кэш-строке, ядро процессора должно было бы сравнить теги всех до единой кэш-строк с тегом запрашиваемого адреса. Тег должен будет хранить весь адрес, который не будет указываться смещение в кэш-строке (это означает, что значение S, показанное на рисунке в разделе 3.2, будет равно нулю).

Есть кэш-память, которая реализована подобным образом, но взглянуть на размеры кэш-памяти L2, используемой в настоящее время, то видно, что это непрактично. Учтите, что 4 Мб кэш-памяти с кэш-строками размером в 64Б должна иметь 65 536 записей. Чтобы получить адекватную производительность, логические схемы кэш-памяти должны быть в состоянии в течение нескольких циклов выбрать из всех этих записей ту, которая соответствует заданному тегу. Затраты на реализацию такой схемы будут огромными.

Рис.3.5: Схематическое изображение полностью ассоциативной кэш-памяти

Для каждой кэш-строки требуется, чтобы компаратор выполнил сравнение тега большого размера (заметьте, S равно нулю). Буква, стоящая рядом с каждым соединением, обозначает ширину соединения в битах. Если ничего не указано, то ширина соединения равна одному биту. Каждый компаратор должен сравнивать два значения, ширина каждого из которых равна Т бит. Затем, исходя из результата, должно выбираться и стать доступным содержимое соответствующей кэш-строки. Для этого потребуется объединить столько наборов линий данных О, сколько есть сегментов кэш-памяти (cache buckets). Число транзисторов, необходимых для реализации одного компаратора будет большим в частности из-за того, что компаратор должен работать очень быстро. Итеративный компаратор использовать нельзя. Единственный способ сэкономить на количестве компараторов, это снизить их число с помощью итеративного сравнения тегов. Это не подходит по той же самой причине, по которой не подходят итеративные компараторы: на это потребуется слишком много времени.

Полностью ассоциативная кэш-память практична для кэш-памяти малого размера (например, кэш-память TLB в некоторых процессорах Intel является полностью ассоциативной), но эта кэш-память должна быть небольшой — действительно небольшой. Речь идет максимум о нескольких десятках записей.

Для кэш-памяти L1i, L1d и кэш-памяти более высокого уровня необходим другой подход. Все, что можно сделать, это ограничить поиск. В самом крайнем случае каждый тег отображается точно в одну кэш-запись.

Что такое кэш — Cache

Кэш (cache) — это временные копии файлов какого-либо программного обеспечения, которые хранятся в определенном месте, чтобы к ним был быстрый доступ. Совокупность временных файлов и место их хранения называется кэшем. Нужен он в первую очередь для быстро доступа к файлам, которые в нем хранятся.

Кэширование — это процесс записи копий файлов в кеш. Происходит в процессе использования операционной системы и отдельных программ, они делают его автоматически, чтобы загружать свои же данные потом из него.

Используется большим количеством различного программного обеспечения. В одной из публикаций я уже затрагивал данную тему, там мы осуждали кэш браузера, рекомендую ее к прочтению.

Как работает Cache:

Большинство программ хранят свои файлы в заархивированном виде или вообще на сервере в интернете. И, когда вы к ним обращаетесь, чтобы достать такие файлы нужно, какое-то время. Чтобы каждый раз не разархивировать их или не скачивать их из интернета заново — они попадают кэш. И, в следующий раз, когда вы к ним обратитесь — данные будут загружаться быстрее.

Большинство кэшированных файлов записываются в оперативную память, т.к. она обладает очень высокой скоростью чтения и записи, все данные из нее считываются очень быстро.

Существует две реализации кэширования данных — аппаратный и программный.

Аппаратная — когда запись временных файлов для быстрого к ним доступа реализована на самом устройстве в виде выделенной на нем памяти. К примеру, на центральном процессоре, аппаратное есть три вида cache памяти, куда попадают данные, это L1, L2 и L3.

Т.е. уже на самом устройстве есть выделенные ячейки памяти, куда он записывает самые важные файлы, чтобы получить к ним быстрый доступ, не обращаясь к другим устройствам в системе.

Программная — такой тип реализации означает выделенную память уже в операционной системе, обычно это простая папка. В зависимости от программы — местоположение кэша может меняться. Браузеры к примеру, хранят его в своих папках в Document and Settings.

Подытожим — Кэш нужен для:

1. Быстрого доступа к файлам 2. Быстрой загрузки программ 3. Экономии трафика 4. Экономии ресурсов системы и в следствии более высокой ее производительности

Кэш SSD и HDD

Кэш обычно поставляется в небольших количествах, так как он дорог в производстве. Твердотельные накопители без движущихся физических компонентов будут дороже традиционных жёстких дисков.

Кроме того, доступ к информации из кеша жёсткого диска будет быстрее, чем с жёсткого диска, поскольку он потребляет флэш-память. Это несправедливое сравнение, поскольку кеш жёсткого диска относительно невелик по размеру, и большая часть данных, к которым вы пытаетесь получить доступ, обычно поступает с пластин жёсткого диска, а не из кеша жёсткого диска. Подумайте только на секунду, что стандартный жёсткий диск с кеш-памятью 64 МБ будет хранить от 2 до 3 HD-изображений. По сравнению с SSD на 1 ТБ, который поставляется с флэш-памятью, это нечестно.

Типы технологии HDD

Существуют три типа жёстких дисков: магнитные, твердотельные (SSD) и гибридные. Обсудим их кратко:

Магнитные жёсткие диски

В этих дисках используются вращающиеся магнитные диски, известные как пластины, и механический рычаг, который записывает и считывает данные с помощью процесса намагничивания. Данные могут храниться на круговых частях диска, известных как дорожки, которые можно разделить на различные секторы, содержащие блоки данных. Хотя они могут быть медленнее, чем твердотельные накопители, но они очень доступны и имеют большую ёмкость.

Твердотельные накопители (SSD)

Твердотельные накопители — это самые быстрые типы жёстких дисков и хранилищ данных со скоростью передачи данных, превышающей 550 мегабайт и выше. Отсутствие движущихся частей обеспечивает большую надёжность и исключает любую возможность повреждения данных или снижения производительности из-за вибрации и ударов. Диски могут допускать нарушение доступа к данным за миллисекунду, что сокращает время загрузки, запуск приложений и ускоряет работу системы.

Гибридные жёсткие диски

Гибридные жёсткие диски или жёсткие диски — это комбинации обоих ранее обсуждавшихся дисков с использованием флеш-памяти и пластин. Они хранят часто используемые данные во флэш-памяти, что обеспечивает более высокую скорость работы с файлами, тогда как остальные могут храниться на пластине. Если говорить о цене, они намного дороже, чем магнитные диски, но дешевле, чем твердотельные накопители.

Устройство кэш-памяти процессора

Система кэш-памяти процессора состоит из двух блоков — контроллера кэш-памяти и собственно самой кэш-памяти.

Контроллер кэш памяти

Контроллер кэш памяти – это устройство, управляющее содержанием кэша, получением необходимой информации из оперативной памяти, передачей ее процессору, а также возвращением в оперативную память результатов вычислений. Когда ядро процессора обращается к контроллеру за какими-то данными, тот проверяет, есть ли эти данные в кэш-памяти. Если это так, ядру моментально отдается информация из кэша (происходит так называемое кэш-попадание). В противном случае ядру приходится ожидать поступления данных из медленной оперативной памяти. Ситуация, когда в кэше не оказывается нужных данных, называется кэш-промахом. Задача контроллера – сделать так, чтобы кэш-промахи происходили как можно реже, а в идеале – чтобы их не было вообще. Размер кэша процессора по сравнению с размером оперативной памяти несоизмеримо мал. В нем может находиться лишь копия крошечной части данных, хранимых в оперативной памяти. Но, не смотря на это, контроллер допускает кэш-промахи не часто. Эффективность его работы определяется несколькими факторами: • размером и структурой кэш-памяти (чем больше ресурсов имеет в своем распоряжении контроллер, тем ниже вероятность кэш-промаха); • эффективностью алгоритмов, по которым контроллер определяет, какая именно информация понадобится процессору в следующий момент времени; • сложностью и количеством задач, одновременно решаемых процессором. Чем сложнее задачи и чем их больше, тем чаще «ошибается» контроллер.

Кэш-память процессора изготавливают в виде микросхем статической памяти (англ. Static Random Access Memory, сокращенно — SRAM). По сравнению с другими типами памяти, статическая память обладает очень высокой скоростью работы.Впервые кэш размером 8 KB был встроен в процессор Intel i486 в 1989 г. Однако, эта скорость зависит также от объема конкретной микросхемы. Чем значительней объем микросхемы, тем сложнее обеспечить высокую скорость ее работы. Учитывая указанную особенность, кэш-память процессора изготовляют в виде нескольких небольших блоков, называемых уровнями. В большинстве процессоров используется трехуровневая система кэша: • Кэш-память первого уровня или L1 (от англ. Level — уровень) – очень маленькая, но самая быстрая и наиболее важная микросхема памяти. Ни в одном процессоре ее объем не превышает нескольких десятков килобайт. Работает она без каких-либо задержек. В ней содержатся данные, которые чаще всего используются процессором. Количество микросхем памяти L1 в процессоре, как правило, равно количеству его ядер. Каждое ядро имеет доступ только к своей микросхеме L1. • Кэш-память второго уровня (L2) немного медленнее кэш-памяти L1, но и объем ее более существенный (несколько сотен килобайт)

Служит она для временного хранения важной информации, вероятность запроса которой ниже, чем у информации, находящейся в L1. • Кэш-память третьего уровня (L3) – еще более объемная, но и более медленная схема памяти

Тем не менее, она значительно быстрее оперативной памяти. Ее размер может достигать нескольких десятков мегабайт. В отличие от L1 и L2, она является общей для всех ядер процессора. Уровень L3 служит для временного хранения важных данных с относительно низкой вероятностью запроса, а также для обеспечения взаимодействия ядер процессора между собой. Встречаются также процессоры с двухуровневой кэш-памятью. В них L2 совмещает в себе функции L2 и L3.

Зачем нужен кеш?

Кеш-память необходима в связи с тем, что Оперативная память память слишком медленная, чтобы процессор мог выполнять свои инструкции с достаточной скоростью, и мы больше не можем ее ускорять. Решение? Добавьте внутреннюю память в процессор, что позволяет увеличивать масштаб последних данных и инструкций.

Проблема в том, что сделать это чрезвычайно сложно, поскольку заставляет сами программы делать это, тем самым увеличивая циклы процессора. Решение? Создайте память с механизмом, который копирует данные и инструкции, наиболее близкие к тому, что выполняется в данный момент.

Поскольку кеш находится внутри процессора, как только ЦП находит данные внутри него, он выполняет их намного быстрее, чем если бы у него был естественный доступ к ОЗУ.

Архитектура ассоциативности кэш-памяти

Архитектура ассоциативности кэша определяет способ, при помощи которого данные из ОЗУ отображаются в кэше. Существуют следующие основные варианты архитектуры ассоциативности кэширования:

1. Кэш с прямым отображением – определенный участок кэша отвечает за определенный участок ОЗУ
2. Полностью ассоциативный кэш – любой участок кэша может ассоциироваться с любым участком ОЗУ
3. Смешанный кэш (наборно-ассоциативный)

На различных уровнях кэша обычно могут использоваться различные архитектуры ассоциативности кэша. Кэширование с прямым отображением ОЗУ является самым быстрым вариантом кэширования, поэтому эта архитектура обычно используется для кэшей большого объема. В свою очередь, полностью ассоциативный кэш обладает меньшим количеством ошибок кэширования (промахов).

Имеет ли значение размер кэша жёсткого диска?

В бытовых жёстких дисках размер кэша составляет 32, 64, 128 и 256 МБ. Скорость доступа ко всем кешам одинакова. Размеры различаются и означают, что в кеше будет больше данных, доступ к которым будет осуществляться намного быстрее. Как правило, размер кэша имеет огромное значение для производительности, поскольку он может хранить больше.

Но если вы переносите небольшие файлы, размер которых меньше размера кеша, диск может сознательно изменить порядок файлов для повышения качества, и скорость передачи будет увеличена. Вот почему мы не можем полностью исключить из уравнения размер буферного кеша, который будет увеличен на следующем жёстком диске.

Если вы хотите купить жёсткий диск и немного запутались в спецификациях, которые вы хотите учитывать, вашим приоритетом должно быть «RPM», которое определяет скорость записи и чтения диска. Во-вторых, вас может беспокоить цена, по которой вы получаете жёсткий диск. Если разница в цене между обоими жёсткими дисками одинакова и единственная разница заключается в размере буфера, выберите более дешёвый, так как вы вряд ли найдёте разницу в них обоих.

Настройки кэша в веб-обозревателях

В браузерах тоже имеются настройки, относящиеся к кэшу. Соответственно, резервируемый объем можно изменить. Для этого используются соответствующие настройки. Правда, в зависимости от разработчика самого обозревателя они могут находиться в совершенно разных разделах.

Например, в старой версии «Оперы» опции выставляются в настройках истории. В новой модификации браузера следует использовать свойства ярлыка, а в пути к исполняемому файлу в поле типа объекта дописать сочетание —disk-cache-size=Объем и нужный размер кэша в килобайтах (например, для 1 Гб это будет 1073741824 Кб).

Отсутствует кеш или данные не найдены

Одна из самых больших проблем с производительностью — это когда происходит промах в кэше, когда данные не найдены на уровне кеша. Это чрезвычайно опасно для производительности ЦП, вышедшего из строя, поскольку следствием этого является большое количество потерянных циклов процессора, но не менее опасно для ЦП, вышедшего из строя.

При проектировании ЦП тот факт, что общее время поиска всех промахов в кэше вместе со временем поиска больше, чем поиск данных непосредственно в кэше, является ошибкой. Многие проекты ЦП пришлось вернуться к таблице параметров из-за того, что время поиска больше, чем доступ к ОЗУ.

Вот почему архитекторы очень неохотно добавляют дополнительные уровни в архитектуру, потому что да, это должно быть оправдано перед лицом улучшенной производительности.

Форм-фактор жесткого диска

На данный момент, широко распространены два форм-фактора жестких дисков – это 2,5 и 3,5 дюйма. Форм-фактором, в большей мере, определяются габариты жестких дисков. К слову, в жесткий диск 3,5”, помещается до 5-ти пластин накопителя, а в 2,5” – до 3-х пластин. Но в современных реалиях это не является преимуществом, так как разработчики определили для себя, что устанавливать более 2-ух пластин в обычные высокопроизводительные жесткие диски – не целесообразно. Хотя, форм-фактор 3,5” совсем не намерен сдаваться и по уровню спроса уверенно перевешивает 2,5” в десктопном сегменте.

То есть для настольной системы, пока есть смысл приобретать только 3,5”, так как среди преимуществ данного форм-фактора, можно отметить более низкую стоимость за гигабайт пространства, при большем объёме. Это достигается за счет большей, по размеру пластины, которая при одинаковой плотности записи вмещает больший объем данных нежели 2,5”. Традиционно, 2,5” всегда позиционировался как форм-фактор для ноутбуков, в большей мере благодаря своим габаритам.

Существуют и другие форм-факторы. К примеру, во многих портативных устройствах используются жесткие диски форм-фактора 1,8”, но на них мы детально останавливаться не будем.

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.

Что такое кэш-память процессора

Решая любую задачу, процессор компьютера получает из оперативной памяти необходимые блоки информации. Обработав их, он записывает в память результаты вычислений и получает для обработки следующие блоки. Это продолжается, пока задача не будет выполнена. Все упомянутые операции производятся на очень высокой скорости. Однако, даже самая быстрая оперативная память работает медленнее любого «неторопливого» процессора. Каждое считывание из нее информации и обратная ее запись отнимают много времени. В среднем, скорость работы оперативной памяти в 16 – 17 раз ниже скорости процессора. Не смотря на такой дисбаланс, процессор не простаивает и не ожидает каждый раз, когда оперативная память «выдает» или «принимает» данные. Он почти всегда работает на максимальной скорости. И все благодаря наличию у него кэш-памяти. Кэш-память процессора – это небольшая, но очень быстрая память. Она встроена в процессор и является своеобразным буфером, сглаживающим перебои в обмене данными с более медленной оперативной памятью. Кэш-память часто называют сверхоперативной памятью. Кэш нужен не только для выравнивания дисбаланса скорости. Процессор обрабатывает данные более мелкими порциями, чем те, в которых они хранятся в оперативной памяти. Поэтому кэш-память играет еще и роль своеобразного места для «перепаковки» и временного хранения информации перед ее передачей процессору, а также возвращением результатов обработки в оперативную память.

Очистка кэша и данных на Android

Хотя мы часто упоминаем очистку кэша и данных в одном ключе, на Android это два совершенно разных действия. Например, музыкальные сервисы часто сохраняют в кэш информацию, относящуюся к исполнителям, которых вы слушали, но которые не входят в вашу библиотеку. Когда кэш приложения очищается, все упомянутые данные стираются.

Очистка лишней не будет? Не факт.

Более существенные данные включают в себя пользовательские настройки, базы данных и данные для входа в систему. Когда вы очистите кэш, это все удалится и будет не очень приятно. Если говорить грубо, можно сказать, что очистка кэша придает приложению тот вид, который был сразу после его установки, но у вас останутся данные, которые вы сами осознанно сохранили (загруженные песни, видео в оффлайн, карты и так далее). Если вы удалите и эти данные, то приложение будет вообще нулевым. Если чистите и кэш, и данные, проще тогда и приложение переустановить, чтобы вообще все красиво было.

Влияние на производительность системы

В современных процессорах количество кэш-попаданий превышает 90%. Это справедливо по отношению к задачам, не требующих высокой производительности. При повышении нагрузки количество промахов увеличивается.

Практика показала, что повышение тактовой частоты влияет лучше на работу системы, чем увеличение кэша. Однако такое решение влечет за собой увеличение стоимости CPU. «Потолок» здесь — 4 ГГц. Дальше каждая десятая доля герца сопряжена с ростом цены в геометрической прогрессии.

Использование трехуровневого кэша увеличивает производительность CPU на 10%. Этот эффект больше всего ощущается при использовании архиваторов (в наше время не самый актуальный софт), при обработке видео и видеоиграх. В «легких» приложениях — например, офисном пакете или интернет-браузере, эффективность кеша чуть более нуля.

Кэш жесткого диска

По-другому его еще называют буферной памятью. Предназначена она, фактически, для тех же целей, что и в описанном выше случае: хранить данные, к которым чаще всего обращаются ЦП или ОЗУ.

Необходимость в наличии такого хранилища вызвана разницей в скорости чтения данных: из микросхемы RAM получить их можно гораздо быстрее, чем с поверхности магнитного диска с помощью считывающей головки.

На эффективность этой опции в том числе влияет и пропускная способность шины: буфер жесткого диска SATA III будет работать несколько быстрее, чем SATA II. Технология хорошо себя проявляет при работе с малыми объемами данных, но при чтении «тяжелых» файлов ее целесообразность под большим сомнением.

Объем кэша в современном винчестере — от 8 до 64 Мб. Иногда попадаются «экзотические» девайсы, у которых 128 или 256 Мб буферной памяти. Стоит он существенно дороже и позиционируется как супер-пупер-топ.

Переплачивать лично я особого смысла не вижу. Хотите шустрый накопитель — ставьте SSD.

Задержка в кеше имеет решающее значение

Наличие большего кэша будет означать только большее ненужное пространство сегодня для того, что было сказано, но также, если это необходимо, это будет означать, что ему нужно больше скорости. Время доступа в полных наносекундах очень значительная потеря производительности даже на жестком диске.

Фактически, поскольку текущий стандарт переходит на 256 МБ как таковой, в его кеше есть жесткие диски с такой емкостью, которые в действительности не нуждаются в них, но включают их в расходы, что является преимуществом для пользователей и компаний в экономическом плане, Но нет реального, настоящего или будущего влияния, которое определяет улучшение производительности.

Количество ядер процессора

С появлением процессоров, число ядер в которых больше одного, эта характеристика стала одной из важнейших для определения его производительности. Время процессоров, имеющих одно ядро, уже давно прошло, даже просто найти их в продаже сейчас вряд ли возможно. Само собой, число ядер процессора должно увеличиваться с ростом количества задач, для которых он приобретается. Для небольших программ и серфинга по интернету вам с лихвой хватит самого простого двухъядерного процессора.

А если мы говорим о профессиональной работе в каких-либо графических редакторах или других приложениях, для работоспособности которых нужен мощный компьютер, здесь лучше внимательно присмотреться к 4-х или даже 8-ми ядерным процессорам. Их производительности вам будет достаточно для любых задач.

Что значит «Кэшировано» в информации о памяти

Если в диспетчере задач вы подведёте указатель мыши к пустому разделу, обычно располагающемуся по центру графического представления «Структура памяти», вы увидите подпись: «Зарезервировано. Память, содержащая кэшированные данные и код, которые сейчас не используются» — речь ведётся именно о той оперативной памяти, которую вы видите в пункте «Кэшировано». Что это означает?

Кэшированная память в Windows 10 — это занятые, но неиспользуемые в настоящий момент страницы памяти, содержащие различные данные, которые могут потребоваться в дальнейшем для работы системных и сторонних процессов и которые эффективнее будет получить именно из оперативной памяти, а не снова прочитать с диска. Чем больше доступной неиспользуемой памяти, тем больший её объём может оказаться в состоянии «кэшировано».

Логику этого подхода можно описать следующим образом: в Windows 10 присутствуют различные механизмы ускорения работы системы и кэшированная память — один из них. При наличии неиспользуемой оперативной памяти эффективнее использовать её как кэш, а не освобождать сразу: сама по себе свободная память не приводит к ускорению работы: система и программы будут работать с одинаковой скоростью, независимо от того, свободно у вас 2 Гб RAM или 16. Проблемы могут возникнуть, когда свободной памяти не остаётся, но кэшированная память с большой вероятностью не станет причиной этого.

Различные типы жёстких дисков?

Было изобретено четыре различных типа накопителей: Serial ATA, PATA, SCSI и SSD. Самые ранние диски использовали PATA, который относится к типу интерфейса, используемого для соединения вашего компьютера с жёстким диском.

Около 40 или 80 ленточных кабелей использовались для параллельной передачи данных в 16-битные карманы. Эта система дисков PATA может быть научно обоснована для современных дисков.

Последовательный ATA или SATA

Жёсткие диски SATA теперь заменили PATA из-за его улучшенной производительности. Они могут передавать данные намного быстрее (более 150 из 600 мегабайт), в отличие от PATA (133 мегабайта), который потребляет очень мало энергии (250 мВ, чем 5 В), а кабели SATA более гибкие и тонкие.

Интерфейс малой компьютерной системы или SCSI

SCSI позволяет подключать различные периферийные устройства, такие как принтеры, жёсткие диски, компакт-диски, сканеры и многое другое. Приводы интерфейса малых компьютерных систем могут быть легко подключены как внутри, так и снаружи.

Твердотельные накопители или SSD

Твердотельные накопители — это новейшие типы накопителей, которые не состоят из движущихся частей. Это делает их менее восприимчивыми к какому-либо повреждению. Они используют микросхемы флэш-памяти вместо хранения данных и предлагают более быстрый доступ к данным. В наши дни они довольно распространены в ноутбуках. SSD-накопители также используются для мобильных переводов. Имеет общую совместимость как флешка. Используется дополнительный провод, обеспечивающий высокую совместимость с другими устройствами.

Теперь давайте продолжим и проверим типы технологий, используемых в жёстких дисках:

Уровни кеширования на CPU и GPU

В многоядерной системе, где у нас есть два или более ядер, мы обнаруживаем, что все они хорошо обращаются к одной и той же оперативной памяти, существует единый интерфейс для памяти и несколько процессоров борются за доступ к ней. Именно на этом этапе необходимо создать дополнительный уровень кеша, который взаимодействует с контроллером памяти, а это с более высокими уровнями кеша.

Обычно многоядерные процессоры обычно имеют два уровня кеша, но в некоторых проектах у нас есть кластеры, которые основаны на группах из нескольких процессоров с общим кешем L2, но которые разделяют пространство с другими кластерами, что иногда приводит к включению кеш третьего уровня.

Хотя это и не является обычным явлением, кэши уровня 3 появляются, как только интерфейс памяти становится достаточно большим узким местом, и добавление дополнительного уровня в иерархию повышает производительность.

Устраняем проблему с неиспользуемой RAM

Причин у описываемой проблемы существует немало. В первую очередь источником является программный сбой в определении ОЗУ. Также ошибка появляется и вследствие аппаратной неисправности как модуля или модулей, так и материнской платы. Начнём с программных неполадок.

Способ 1: Настройка Windows

Первая причина проблем с использованием «оперативки» – некорректные настройки операционной системы, как правило, параметров работы с этими комплектующими.

Нажмите «Применить» и «ОК», и затем перезагрузите компьютер.

Способ 2: «Командная строка»

Также стоит попробовать отключить несколько опций, доступных через «Командную строку».

bcdedit /set nolowmem on

Нажмите Enter, затем пропишите следующую команду и снова воспользуйтесь клавишей ввода.

bcdedit /set PAE forceenable

Данный метод является более продвинутой версией первого.

Способ 3: Настройка BIOS

Не исключены также неправильные настройки микропрограммы «материнки». Параметры следует проверить и изменить.

Параметры нужно включить – как правило, достаточно переместить соответствующую опцию в положение «On» или «Enabled».

Если вы не можете найти подходящие пункты, не исключено, что производитель заблокировал такую возможность на вашей модели «материнки». В этом случае поможет либо прошивка новой версии микропрограммы, либо замена системной платы.

Способ 4: Уменьшение памяти, используемой встроенной видеокартой

Пользователи ПК или ноутбуков без дискретной видеокарты часто сталкиваются с рассматриваемой проблемой, поскольку встроенные в процессор решения пользуются «оперативкой». Часть из неё закреплена за интегрированной графикой, причём объём задействованной ОЗУ можно изменить. Делается это следующим образом:

Далее откройте разделы «Конфигурация системного агента», «Расширенные настройки памяти», «Integrated Graphics Configuration» либо подобное, и задайте требуемый объём по аналогии с текстовым БИОС.

Способ 5: Проверка модулей ОЗУ

Нередко источником ошибки являются неполадки с планками оперативной памяти. Проверить их и устранить возможные проблемы можно по следующему алгоритму:

Аппаратные неисправности – одна из самых редких причин описываемой проблемы, однако и самая неприятная из возможных.

Заключение

Таким образом, мы рассказали, почему в Виндовс 10 появляется сообщение о том, что используется не вся оперативная память, а также предложили варианты устранения этой ошибки.

Источник

Что такое кэш-память жёсткого диска

Кэш-память (или буферная память, буфер) – область, где хранятся данные, которые уже считались с винчестера, но еще не были переданы для дальнейшей обработки. Там хранится информация, которой ОС Windows пользуется чаще всего. Необходимость в этом хранилище возникла из-за большой разницы между скоростью считывания данных с накопителя и пропускной способностью системы. Подобным буфером обладают и другие элементы компьютера: процессоры, видеокарты, сетевые карты и др.

Объемы кэша

Современные HDD в основном оснащаются кэш-памятью на 32 и 64 Мб (меньший объем уже редкость). Обычно этого достаточно, тем более что у системы есть собственная память, которая вкупе с ОЗУ ускоряет работу жесткого диска

Правда, при выборе винчестера не все обращают внимание на устройство с наибольшим размером буфера, так как цена на такие высока, да и параметр этот не является единственным определяющим

Главная задача кэш-памяти

Кэш служит для записи и чтения данных, но, как уже было сказано, это не основной фактор эффективной работы жесткого диска

Здесь важно и то, как организован процесс обмена информацией с буфером, а также, насколько хорошо работают технологии, предотвращающие возникновение ошибок

В буферном хранилище содержаться данные, которые используются наиболее часто. Они подгружаются прямо из кэша, поэтому производительность увеличивается в несколько раз. Смысл в том, что нет необходимости в физическом чтении, которое предполагает прямое обращение к винчестеру и его секторам. Этот процесс слишком долгий, так как исчисляется в миллисекундах, в то время как из буфера данные передаются во много раз быстрее.

Преимущества кэш-памяти

Кэш занимается быстрой обработкой данных, но у него есть и другие преимущества. Винчестеры с объемным хранилищем могут значительно разгрузить процессор, что приводит к его минимальному задействованию.

Буферная память является своего рода ускорителем, который обеспечивает быструю и эффективную работу HDD. Она положительно влияет на запуск ПО, когда речь идет о частом обращении к одним и тем же данным, размер которых не превышает объема буфера. Для работы обычному пользователю более чем достаточно 32 и 64 Мб. Дальше эта характеристика начинает терять свою значимость, так как при взаимодействии с большими файлами эта разница несущественна, да и кому захочется сильно переплачивать за более объемный кэш.

Узнаем объем кэша

Если размер винчестера — величина, о которой несложно узнать, то с буферной памятью другая ситуация. Не каждый пользователь интересуется этой характеристикой, но если возникло такое желание, обычно ее указывают на упаковке с устройством. В противном случае можно найти эту информацию в интернете или воспользоваться бесплатной программой HD Tune.

Утилита, предназначенная для работы с HDD и SSD, занимается надежным удалением данных, оценкой состояния устройств, сканированием на наличие ошибок, а также дает подробную информацию о характеристиках винчестера.

1. Скачиваем HD Tune и запускаем ее.

2. Переходим во вкладку «Info» и в нижней части экрана в графе «Buffer» узнаем о размере буфера HDD.

В этой статье мы рассказали, что такое буферная память, какие задачи она выполняет, каковы ее преимущества и как узнать ее объем на винчестере. Выяснили, что она важна, но не является основным критерием при выборе жесткого диска, а это — положительный момент, учитывая высокую стоимость устройств, оснащенных большим объемом кэш-памяти.

Опишите, что у вас не получилось.
Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.

Какой бывает объем и на что он влияет

Отдельного внимания заслуживает объем буфера. Зачастую HDD оснащаются кэшем 8, 16, 32 и 64 Мб. При копировании файлов больших размеров между 8 и 16 Мб будет заметна значительная разница в плане быстродействия, однако между 16 и 32 она уже менее незаметна. Если выбирать между 32 и 64, то ее вообще почти не будет. Необходимо понимать, что буфер достаточно часто испытывает большие нагрузки, и в этом случае, чем он больше, тем лучше.

То есть, в теории, чем больше объем, тем лучше производительность и тем больше информации может находиться в буфере и не нагружать винчестер, но на практике все немного по-другому, и обычный пользователь за исключением редких случаев не заметит особой разницы. Конечно, рекомендуется выбирать и покупать устройства с наибольшим размером, что значительно улучшит работу ПК. Однако на такое следует идти только в том случае, если позволяют финансовые возможности.