Kešatmiņa pret virtuālo atmiņu
Atšķirība starp kešatmiņu un virtuālo atmiņu pastāv nolūkā, kādam tās tiek izmantotas, un fiziskajā eksistencē. Kešatmiņa ir atmiņas veids, ko izmanto, lai uzlabotu piekļuves laiku galvenajai atmiņai. Tas atrodas starp centrālo procesoru un galveno atmiņu, un var būt vairāki kešatmiņas līmeņi, piemēram, L1, L2 un L3. Kešatmiņai izmantotā aparatūra ir daudz dārgāka nekā RAM (Random Access Memory), ko izmanto galvenajai atmiņai, jo kešatmiņa ir daudz ātrāka. Šī iemesla dēļ kešatmiņas ietilpība ir ļoti maza. Virtuālā atmiņa ir atmiņas pārvaldības paņēmiens, ko izmanto, lai efektīvi izmantotu operatīvo atmiņu (galveno atmiņu), vienlaikus nodrošinot katrai programmai atsevišķu atmiņas vietu, kas ir pat lielāka par faktisko fiziskās RAM (galvenās atmiņas) ietilpību. Šeit cietais disks tiek izmantots, lai paplašinātu atmiņu. Fiziskajā operatīvajā atmiņā esošie vienumi tiek pārsūtīti uz priekšu un atpakaļ ar cieto disku.
Kas ir kešatmiņa?
Kešatmiņa ir atmiņas veids, kas atrodas starp CPU (centrālo procesoru) un RAM (brīvpiekļuves atmiņu). Kešatmiņas mērķis ir samazināt CPU piekļuves laiku atmiņai no RAM. Kešatmiņa ir daudz ātrāka nekā RAM. Tādējādi piekļuves laiks kešatmiņā ir daudz mazāks nekā piekļuves laiks RAM. Taču kešatmiņai izmantotās atmiņas izmaksas ir daudz augstākas nekā RAM izmantotās atmiņas izmaksas, un līdz ar to kešatmiņas ietilpība ir ļoti maza. Kešatmiņai izmantoto atmiņu sauc par SRAM (statisko brīvpiekļuves atmiņu).
Kad centrālais procesors vēlas piekļūt atmiņai, tas vispirms pārbauda, vai kešatmiņā ir tas, kas tam nepieciešams. Ja jā, tas varētu tai piekļūt ar vismazāko latentumu. Ja tas neatrodas kešatmiņā, pieprasītais saturs tiks kopēts no RAM uz kešatmiņu, un tad tikai centrālais procesors tam piekļūs no kešatmiņas. Šeit, kopējot saturu no kešatmiņas, kešatmiņā tiek kopēts ne tikai saturs pieprasītajā atmiņas adresē, bet arī tuvumā esošais saturs. Tāpēc nākamreiz pastāv liela iespējamība, ka tiks trāpīts kešatmiņā, jo vairums datorprogrammu lielākoties piekļūst tuvumā esošiem datiem vai pēdējiem piekļūtiem datiem. Tādējādi kešatmiņas dēļ vidējais atmiņas latentums ir samazināts.
CPU ir trīs veidu kešatmiņas: instrukciju kešatmiņa, lai saglabātu programmas instrukcijas, datu kešatmiņa, lai saglabātu datu vienumus, un tulkošanas buferis, lai saglabātu atmiņas kartējumus. Datu kešatmiņai parasti ir daudzlīmeņu kešatmiņas. Tas nozīmē, ka ir vairākas kešatmiņas kā L1, L2 un L3. L1 kešatmiņa ir ātrākā, bet mazākā kešatmiņa, kas ir vistuvāk centrālajam procesoram. L2 kešatmiņa ir lēnāka par L1, bet lielāka par L1 un atrodas aiz L1 kešatmiņas. Šīs hierarhijas dēļ labāku vidējo atmiņas piekļuves laiku var sasniegt ar mazākām izmaksām.
Kas ir virtuālā atmiņa?
Virtuālā atmiņa ir atmiņas pārvaldības paņēmiens, ko izmanto datorsistēmās. Nav aparatūras, ko sauc par virtuālo atmiņu, bet tā ir koncepcija, kas izmanto RAM un cieto disku, lai nodrošinātu programmām virtuālo adrešu telpu. Pirmā RAM ir sadalīta gabalos, ko sauc par lapām, un tos identificē pēc fiziskās atmiņas adresēm. Cietajā diskā tiek rezervēta īpaša daļa, kur Linux to sauc par mijmaiņas darījumu, un operētājsistēmā Windows to sauc par lapas failu. Kad programma tiek startēta, tai tiek piešķirta virtuālā adrešu telpa, kas var būt pat lielāka par faktisko fizisko atmiņu. Virtuālās atmiņas telpa ir arī sadalīta gabalos, ko sauc par lapām, un katru no šīs virtuālās atmiņas lapas var kartēt ar fizisku lapu. Tabula, ko sauc par lapu tabulu, seko šai kartēšanai. Kad fiziskajā atmiņā pietrūkst vietas, noteiktas fiziskās lapas tiek pārsūtītas uz šo īpašo cietā diska daļu. Kad kāda lappuse, kas iespiesta cietajā diskā, atkal ir nepieciešama, tā tiek pārnesta uz fizisko atmiņu, ievietojot cietajā diskā citu izvēlēto lapu no fiziskās atmiņas.
Kāda ir atšķirība starp kešatmiņu un virtuālo atmiņu?
• Kešatmiņa ir atmiņas veids, ko izmanto, lai uzlabotu piekļuves laiku galvenajai atmiņai. Tas ir ātrāks atmiņas veids, kas atrodas starp CPU un RAM, lai samazinātu vidējo atmiņas piekļuves latentumu. Virtuālā atmiņa ir atmiņas pārvaldības metode, kurā tā ir koncepcija, kas ļauj programmām iegūt savu virtuālās atmiņas vietu, kas ir pat lielāka par reālo pieejamo fizisko RAM.
• Kešatmiņa ir aparatūras atmiņas veids, kas faktiski pastāv fiziski. No otras puses, nav aparatūras, ko sauc par virtuālo atmiņu, jo tā ir koncepcija, kas izmanto RAM, cieto disku, atmiņas pārvaldības vienību un programmatūru, lai nodrošinātu virtuālo atmiņas veidu.
• Kešatmiņas pārvaldību pilnībā nodrošina aparatūra. Virtuālo atmiņu pārvalda operētājsistēma (programmatūra).
• Kešatmiņa atrodas starp RAM un procesoru. Datu pārsūtīšana ietver RAM, kešatmiņu un procesoru. Savukārt virtuālā atmiņa ietver datu pārsūtīšanu starp RAM un cieto disku.
• Kešatmiņas apjoms ir mazs, piemēram, kilobaiti un megabaiti. Savukārt virtuālā atmiņa ietver milzīgus izmērus, kas aizņem gigabaitus.
• Virtuālā atmiņa ietver datu struktūras, piemēram, lappušu tabulas, kas saglabā kartējumu starp fizisko atmiņu un virtuālo atmiņu. Taču šāda veida datu struktūras nav nepieciešamas kešatmiņai.
Kopsavilkums:
Kešatmiņa pret virtuālo atmiņu
Kešatmiņa tiek izmantota, lai uzlabotu piekļuves laiku galvenajai atmiņai, savukārt virtuālā atmiņa ir atmiņas pārvaldības metode. Kešatmiņa ir faktiska aparatūra, taču nav aparatūras, ko sauc par virtuālo atmiņu. RAM, cietais disks un dažāda cita aparatūra kopā ar operētājsistēmu rada koncepciju, ko sauc par virtuālo atmiņu, lai katrai programmai nodrošinātu lielas un izolētas virtuālās atmiņas vietas. Kešatmiņas saturu pārvalda aparatūra, savukārt virtuālās atmiņas saturu pārvalda operētājsistēma.
