Как уже упоминалось ранее, статическая оперативная память нашла применение в кэш-памяти . Основное достоинство статической памяти - это ее быстродействие. Основной недостаток - большой физический объем, занимаемый памятью и высокое энергопотребление.
Напомним, что ячейка статической памяти построена на транзисторном каскаде, который может содержать до 10 транзисторов. Поскольку, время переключения транзистора из одного состояния в другое ничтожно мало, то и скорость работы статической памяти высока.
Кэш-память имеет небольшой объем и размещается непосредственно на процессорном кристалле. Ее скорость работы гораздо выше, чем у динамической памяти (модули ОЗУ), но ниже, чем работают регистры общего назначения (РОН) центрального процессора.
Впервые кэш-память появилась на 386-х компьютерах и располагалась она на материнской плате. Материнские платы 386 DX имели кэш-память объемом от 64 до 256 Кб. 486-е процессоры уже имели кэш-память, расположенную на процессорном кристалле, но кэш-память на материнской плате была сохранена. Система кэш-памяти стала двухуровневой: память на кристалле стали называть кэшем первого уровня (L1), а на материнской плате - кэшем второго уровня (L2). Со временем кэш второго уровня "перебрался" на кристалл процессора. Первой это осуществила AMD на процессоре K6-III (L1 = 64 Kb, L2 = 256 Kb).
Наличие кэшей двух уровней потребовало создания механизма их взаимодействия между собой. Существует два варианта обмена информацией между кэш-памятью первого и второго уровня, или, как говорят, две кэш-архитектуры: инклюзивная и эксклюзивная .
Инклюзивная кэш-память
Инклюзивная архитектура предполагает дублирование информации, находящейся в L1 и L2.
Схема работы следующая. Во время копирования информации из ОЗУ в кэш делается две копии, одна копия заносится в L2, другая копия - в L1. Когда L1 полностью заполнен, информация замещается по принципу удаления наиболее "старых данных" - LRU (Least-Recently Used). Аналогично происходит и с кэшем второго уровня, но, поскольку его объем больше, то и информация хранится в нем дольше.
При считывании процессором информации из кэша, она берется из L1. Если нужной информации в кэше первого уровня нет, то она ищется в L2. Если нужная информация в кэше второго уровня найдена, то она дублируется в L1 (по принципу LRU), а затем, передается в процессор. Если нужная информация не найдена и в кэше второго уровня, то она считывается из ОЗУ по схеме, описанной выше.
Инклюзивная архитектура применяется в тех системах, где разница в объемах кэшей первого и второго уровня велика. Например, у Pentium 3 (Coppermine): L1 = 16 Kb, L2 = 256 Kb; Pentium 4: L1 = 16 Kb, L2 = 1024 Kb. В таких системах дублируется небольшая часть кэша второго уровня, это вполне приемлемая цена за простоту реализации инклюзивного механизма.
Эксклюзивная кэш-память
Эксклюзивная кэш-память предполагает уникальность информации, находящейся в L1 и L2.
При считывании информации из ОЗУ в кэш - информация сразу заносится в L1. Когда L1 заполнен, то, по принципу LRU информация переносится из L1 в L2.
Если при считывании процессором информации из L1 нужная информация не найдена, то она ищется в L2. Если нужная информация найдена в L2, то по принципу LRU кэши первого и второго уровня обмениваются между собой строками (самая "старая" строка из L1 помещается в L2, а на ее место записывается нужная строка из L2). Если нужная информация не найдена и в L2, то обращение идет к ОЗУ по схеме, описанной выше.
Эксклюзивная архитектура применяется в системах, где разность между объемами кэшей первого и второго уровня относительно невелика. Например, у Athlon XP: L1 = 64 Kb, L2 = 256 Kb. В эксклюзивной архитектуре кэш-память используется более эффективно, но схема реализации эксклюзивного механизма гораздо сложнее.
Взаимодействие кэш-памяти с ОЗУ
Поскольку, кэш-память работает очень быстро, то в кэш помещается информация, к которой часто обращается процессор - это значительно ускоряет его работу. Информация из ОЗУ помещается в кэш, а потом к ней обращается процессор. Существует несколько схем взаимодействия кэш-памяти и основной оперативной памяти.
Кэш-память с прямым отображением. Самый простой вариант взаимодействия кэша с ОЗУ. Объем ОЗУ делится на сегменты (страницы), по объему равные объему всего кэша (например, при объеме кэша 64 Кб и ОЗУ разбивается на страницы по 64 Кб). При взаимодействии кэша с ОЗУ, одна страница ОЗУ размещается в кэш-памяти, начиная с нулевого адреса (т.е., с самого начала кэша). При повторной операции взаимодействия, следующая страница накладывается поверх существующей - т.е., фактически прежние данные заменяются на текущие.
Достоинства : простая организация массива, минимальное время поиска.
Недостатки : неэффективное использование всего объема кэш-памяти - ведь вовсе не обязательно, что данные будут занимать весь объем кэша, они могут занимать и 10%, но следующая порция данных уничтожает предыдущую, таким образом, фактически имеем кэш с гораздо меньшим объемом.
Наборно-ассоциативная кэш-память. Весь объем кэша делится на несколько равных сегментов, кратных двойке в целой степени (2, 4, 8). Например, кэш 64 Кб может быть разделен на:
- 2 сегмента по 32 Кб каждый;
- 4 сегмента по 16 Кб каждый;
- 8 сегментов по 8 Кб каждый.
Pentium 3 и 4 имеют 8-канальную структуру кэша (кэш разбит на 8 сегментов); Athlon Thunderbird - 16-канальную.
При такой организации, ОЗУ делится на страницы, равные по объему одному сегменту кэша (одному кэш-банку). Страница ОЗУ пишется в первый кэш-банк; следующая страница - во второй кэш-банк и т.д., пока все кэш-банки не будут заполнены. Дальнейшая запись информации идет в тот кэш-банк, который не использовался дольше всего (содержит самую "старую" информацию).
Достоинства : повышается эффективность использования всего объема кэша - чем больше кэш-банков (выше ассоциативность), тем выше эффективность.
Недостатки : более сложная схема управления работой кэша; дополнительное время на анализ информации.
Ассоциативная кэш-память. Это предельный случай предыдущего варианта, когда объем кэш-банка становится равным одной строке кэш-памяти (дальше делить уже некуда). При этом любая строка ОЗУ может быть сохранена в любом месте кэш-памяти.
Запоминающий кэш-массив состоит из строк равной длины. Емкость такой строки равна размеру пакета, считываемого из ОЗУ за 1 цикл (например, Pentium 3 - 32 байта; Pentium 4 - 64 байта). Строка загружается в кэш и извлекается только целиком.
Достоинства : максимальная эффективность использования пространства кэш-памяти.
Недостатки : наибольшие затраты времени на поиск информации.
Кэшем называют специальное место, которое выделено на жестком диске каждого компьютера и используется для хранения копий тех страниц, которые ты посещал. Сделано это было для экономии трафика и быстрой загрузки необходимых страниц. Так, зайдя однажды на любой из сайтов, его фрагменты оказываются сохраненными в определённом месте на нашем жёстком диске.
Ежедневно мы заходим на огромное число сайтов, где находятся фото, видео, текст. Если мы заходим сюда впервые, то вся получаемая нами информация, как графическая, так и текстовая, грузятся непосредственно с сервера. Если все настройки в вашем компьютере сделаны правильно, то после первого открытия сайта, все данные об этом будут сохранены на жестком диске, в специально-отведенном для этого месте -- в кэше.
Периодически рекомендуется очищать свой кэш. Это связано с тем, что иногда некоторые страницы могут отображаться у нас некорректно из-за того, что в них появились какие-то изменения, а наш браузер автоматически загружает сохраненный на нем вариант. В случае обнаружения на вашем компьютере вирусов или вредоносных программ, так же рекомендуется вместе с лечением, очистить кэш, чтобы не допустить повторного заражения.
Рассмотрим процедуру очищения кэша на примере популярных браузеров:
Internet Explorer. Браузер предлагает очистить кэш следующим образом. Находим пункт «Сервис» и выбираем «Удалить журнал обозревателя». У нас откроется окно, рядом с «Временные файлы Интернета», где нужно поставить галочку. После чего наживаем «Удалить».
Google Chrome. Решив очистить кэш в этом браузере, находим в меню пункт, который называется «Инструменты», где есть «Показать дополнительные настройки». Следующим этапом будет нажатие «Очистить историю». Здесь еще существует возможность выбора, что именно вы хотите удалить – «Изображения и файлы», «За весь период». Выбрав необходимый пункт, нажимаем «Очистить историю». Кэш удален.
Mozilla Firefox. Находим и открываем в меню этого браузера «Настройки», далее вкладку «Дополнительные». Там находим пункт «Сеть» и переходим по содержимому, отыскав «Кэшировать веб-содержимое». Рядом видим кнопку «Очистить сейчас», после нажатия, на которую наш кэш очиститься.
Опера. В разделе «Настройки» выбираем «Безопасность». Находим «Очистить историю посещений», где в разделе «Удалить следующие элементы, выбираем «С самого начала», где есть «Очистить историю», жмем найденную кнопку.
Яндекс. Браузер . Для очистки кэша этого браузера, выберите в открытом меню вкладку с названием «Инструменты», далее в «Удаление данных о просмотре страниц». Перед вами откроется список, где написано «Удалить указанные элементы». В данном списке следует выбрать «За все время». Поставив отметку возле «Очистить кэш». Чтобы очистить наш кэш, осталось кликнуть на «Очистить историю».
Одним из немаловажных факторов повышающих производительность процессора, является наличие кэш-памяти, а точнее её объём, скорость доступа и распределение по уровням.
Уже достаточно давно практически все процессоры оснащаются данным типом памяти, что ещё раз доказывает полезность её наличия. В данной статье, мы поговорим о структуре, уровнях и практическом назначении кэш-памяти, как об очень немаловажной характеристике процессора .
Что такое кэш-память и её структура
Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.
Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память . Это тянет за собой множество трудностей в производстве, а также ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры.
Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM где-то на просторах материнской платы. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.
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.
Уровни кэш-памяти процессора
Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3-ёх уровней. Конечно же, бывают и исключения, но зачастую это именно так.
В общем, могут быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому из них:
Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.
Мы будем рассматривать объёмы на процессоре высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)
Кэш второго уровня (L2) – второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.
Кэш третьего уровня (L3) – третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.
Схема работы кэша
Кэш – это специально отведенный небольшой участок памяти с большей скоростью обмена данными, чем у традиционной. Существует он ввиду несоответствия между вычислительными мощностями процессоров и скоростью считывания информации со стандартных накопителей памяти.
Прогресс требовал увеличения объемов для хранения данных , в то время как быстрота их обработки отставала с самого зарождения компьютеров. Именно из-за этого и был разработан такой «мост». Процесс занесения информации в кэш-память получил название «кэширование ». Собственно, поэтому и важно её своевременно очищать – для сохранения эффективности считывания.
Кэширование в браузерах
Алгоритм кэширования в браузерах
Зачастую, говоря о кэшировании, многие вспоминают о cache -файлах в браузерах. И неудивительно, так как их очистка – один из основных советов, который дают пользователям при возникновении ошибок.
Накапливаются они вместе с числом просмотренных сайтов – с них часть сведений загружается в кэш-память, преследуя этим две цели : ускорить общее время загрузки и уменьшить нагрузку на сетевой трафик. При повторном заходе на сайт, происходит проверка на актуальность данных между сервером и клиентом. Что должно быть сохранено, а что нет, решает создатель веб-страницы.
Кэш в Windows
В операционных системах Windows, файлы кэш-памяти занимают приличное пространство. Сохраняются разнообразные временные файлы , созданные после запуска или изменения какой-либо программы, превью изображений и музыкальных композиций, точки восстановления ОС.
Контролирует данный процесс, так называемый кэш-менеджер
, который периодически избавляется
от неактуальных ресурсов. Причем, именно эта периодичность и является ключевым фактором эффективной
работы: если файлы удалять слишком часто, то система будет тратить время, считывая их вновь, а если слишком редко – попросту не останется места для новых сведений.
Кэш на андройде
На смартфонах с операционной системой Android ситуация выглядит похожим образом, за одним существенным «но» — объем предоставленной памяти значительно ниже
, чем на персональном компьютере. Помимо этого, программы после запуска хранятся в трей-листе, откуда их потом можно заново развернуть
, со всеми сохраненными изменениями, совершенными в последней сессии.
К сожалению, ОС не очень хорошо справляется с очисткой лишних файлов, из-за чего, при длительном пользовании, приложения могут работать некорректно , а само быстродействие телефона значительно снизится . Для предотвращения этого, рекомендуется использовать сторонние программы , которые производят очистку, например, Clean Master.
Когда в одной из наших статей про мы коснулись кэша браузеров, мне пришлось взять тайм-аут. Оказалось, что далеко не все современные браузеры так сговорчивы по вопросу размещения кэша и его размера согласно требованиям пользователя. Современная мода браузеростроения считает, что кэш должен быть там и такого размера, как покажется лучше самому браузеру. Тем не менее, решение было найдено.
1. Что такое «кэш браузера»
Кэш, применительно к браузеру, это каталог с файлами на жестком диске, куда программа складывает элементы просматриваемых страниц. Например, там хранятся рисунки, скрипты. При обновлении страницы браузер больше не станет загружать эти данные из интернета, а просто возьмет их с жесткого диска, доступ к которому осуществляется на существенно большей скорости, чем к интернету. Поэтому сама технология кэширования данных браузером очень эффективна.
Однако у этой технологии есть и негативная сторона. Папка с кэшем размещается на системном диске. К тому же, как правило, создается для каждого пользователя отдельно — в профиле пользователя. Больше пользователей в системе — больше каталогов с кэшем. Это плохо, если емкость диска невелика. Поэтому можно указать браузеру другое место расположения папки с кэшем (например, на втором жестком диске, или даже на внешнем носителе).
Второстепенная задача — ограничение размера папки кэша браузера. Но с этим параметром стоит экспериментировать только в режиме жесткой экономии дискового пространства!
2. Почему не нужно чистить кэш вручную
Многие утилиты для чистки системы очень любят очищать папки с кэшем браузеров. Еще бы, ведь это позволяет им показать эффективные результаты по сравнению, например, со встроенной программой для чистки дисков.
Отсюда у многих пользователей выработалась привычка чистить кэш браузера чуть ли не каждый день. Но это не только ненужная процедура, но и вредная.
2.1. Почему ручная очистка кэша бесполезна и вредна
Как было сказано выше, с помощью кэша браузер ускоряет загрузку страниц сайтов, что делает работу с ним удобнее. Также стоит помнить, что кэш автоматически обновляется и чистится в случае превышения заданного объема. Именно потому чистить его вручную просто бесполезно. На следующий день он снова появится и будет ровно тем же, что и днем ранее. При этом, он никогда не превысит заданный в настройках лимит.
Более того, если ежедневно очищать кэш браузеров, то это замедлит загрузку страниц в будущем. Те данные, которые были зарезервированы для ускорения загрузки страниц, компьютер будет вынужден загружать вновь, нагружая канал, значительно увеличивая время загрузки страниц и впустую тратя системные ресурсы на действия, которые можно было бы и не совершать. В результате чего пострадает удобство работы в сети.
2.2. В каких ситуациях все же это необходимо
Но бывают ситуации, при которых очистка кэша все же необходима. Например, если какой-то сайт стал неправильно отображать содержимое. Такое бывает, когда веб-мастер изменил шаблон, стили отображения или скрипты сайта, а у пользователя в кэше находятся старые их версии. В этом случае все может «поехать» и сайт будет отображаться неправильно. В этом случае достаточно перезагрузить страницу комбинацией Ctrl-F5 и тогда браузер обновит кэш именно этого сайта, удалив старые данные и подгрузив на их место новые.
Совет:
Используйте комбинацию Ctrl-F5 на клавиатуре, чтобы обновить кэш только для сайта, который открыт в текущей вкладке браузера. Это также позволит сохранить данные для остальных сайтов.
Также очистить кэш стоит, если вы посещали какие-то сайты и не хотели бы, чтобы кто-то из коллег по работе или членов семьи узнал об этом (так как данные об этом сайте будут зафиксированы в кэше, истории посещений).
В остальных случаях чистить кэш просто нет никакой нужды, потому что это пустая трата времени. Если кэш занимает слишком много места на диске, то можно изменить лимиты, чтобы максимальный объем кэша не превышал заданного значения.
3. Ограничиваем аппетиты браузеров
3.1. Google Chrome (применимо к остальным браузерам на движке Chromium)
Тут все оказалось непросто. Вам потребуется найти ярлык, которым вы запускаете этот браузер. Обычно большинство пользователей делают это ярлыком на рабочем столе или панели быстрого запуска. Открываем свойства ярлыка с помощью правой кнопки мышки и вписываем в поле «Объект» после chrome.exe следующую фразу:
—disk-cache-dir=d:chrome_cache —disk-cache-size=104857600
Обратите внимание, что дефисов перед ключами действительно два, и это не опечатка автора. Первый ключ задает расположение каталога с кэшем браузера. В приведенном примере это диск D и каталог прямо в корне диска. Второй ключ задает максимальный размер каталога с кэшем в байтах. Т.е. если вам надо отдать браузеру 100 Мб, то потребуется 100*1024*1024= 104857600 байт, как в приведенном мною примере.
Как все непросто… Однако мы уже разобрали самый трудный браузер. Дальше дело пойдет легче — все остальные браузеры вполне сговорчивы.
3.2. Internet Explorer
Этот браузер не прячет настройки кэша слишком далеко. Указанное применимо для последней на сегодня версии обозревателя за номером 10. В настройках открываем «Свойства браузера» . В «Общих» есть раздел «Журнал обозревателя» → «Параметры» → «Временные файлы интернета» .
По кнопке «Переместить» можно отправить папку с кэшем в нужное место.
3.3. Mozilla Firefox
Что касается Firefox, то самый короткий путь к его кэшу выглядит так. В главном меню браузера находим «Настройки» , а в нем пункт «Дополнительные» . Теперь «Сеть» → «Кэшированное веб‐содержимое» . Здесь вы можете очистить кэш браузера и ограничить его размер в мегабайтах.
А вот задать расположение папки с кэшем будет чуть сложнее. Сначала пишем в строке адреса about:config . В появившемся окне жмем на единственную кнопку.
Теперь появляется окно настроек. В нем ищем параметр . Его скорее всего не будет. Придется создавать: правая клавиша мыши и в меню выбираем «Добавить» .
Имя параметра browser.cache.disk.parent_directory
Значение — путь к папке на диске.
3.4. Opera 12
В адресной строке пишем: opera:config
В настройках находим раздел User Prefs. Среди параметров ищем Cache Directory4. Именно с цифрой 4, опечатки нет. В значении указываем нужный путь.
А размер кэша и его очистка расположены вполне по граждански. В разделе обычных настроек.
Итак, сегодня мы научились ограничивать размер кэша браузеров и указывать место его хранения. Но знаниями этими пользоваться следует с умом. Не делайте кэш слишком маленьким — это сведет на нет все преимущества кэширования страниц. Не делайте его слишком большим — это приведет к потере дискового пространства без роста эффективности работы браузера. Если нет режима жесткой экономии дискового пространства, то разрешите браузеру самому определять размер, в противном случае укажите 100-200 Мб. Также для экономии места на системном разделе можно разместить папку с кэшем на другом диске или разделе.
