Qual è la differenza tra RAM e memoria cache?

Se sei un appassionato di tecnologia, potresti aver sentito parlare delle cache e di come funzionano con la RAM del tuo sistema per renderlo più veloce. Ma ti sei mai chiesto cos’è la cache e come è diversa dalla RAM?

Bene, se lo hai, sei nel posto giusto perché esamineremo tutto ciò che differenzia la memoria cache dalla RAM.

Impara a conoscere i sistemi di memoria sul tuo computer

Prima di iniziare a confrontare la RAM con la cache, è importante capire come è progettato il sistema di memoria su un computer.

Vedi, sia la RAM che la cache sono sistemi di archiviazione della memoria volatile. Ciò significa che entrambi questi sistemi di archiviazione possono archiviare temporaneamente i dati e funzionare solo quando viene fornita loro l’alimentazione. Pertanto, quando spegni il computer, tutti i dati memorizzati nella RAM e nella cache vengono eliminati.

Per questo motivo, qualsiasi dispositivo informatico ha due diversi tipi di sistemi di archiviazione, vale a dire memoria primaria e secondaria. Le unità sono la memoria secondaria su un sistema informatico in cui si salvano i file, in grado di memorizzare i dati quando l’alimentazione è spenta. D’altra parte, i sistemi di memoria primaria forniscono dati alla CPU quando sono accesi.

Ma perché avere un sistema di memoria sul computer che non può memorizzare i dati quando è spento? Bene, c’è una grande ragione per cui i sistemi di archiviazione primari sono la quintessenza di un computer.

Vedete, sebbene la memoria principale del vostro sistema non sia in grado di memorizzare i dati quando non c’è alimentazione, sono molto più veloci rispetto ai sistemi di archiviazione secondari. Per quanto riguarda i numeri, i sistemi di archiviazione secondari come gli SSD hanno un tempo di accesso di 50 microsecondi.

Al contrario, i sistemi di memoria primaria, come la memoria ad accesso casuale, possono fornire dati alla CPU ogni 17 nanosecondi. Pertanto, i sistemi di memoria primaria sono quasi 3.000 volte più veloci rispetto ai sistemi di archiviazione secondaria.

A causa di questa differenza di velocità, i sistemi informatici sono dotati di una gerarchia di memoria, che consente ai dati di essere consegnati alla CPU a velocità sorprendentemente elevate.

Ecco come i dati si muovono attraverso i sistemi di memoria in un computer moderno.

• Unità di archiviazione (memoria secondaria): questo dispositivo può archiviare i dati in modo permanente ma non è veloce come la CPU. Per questo motivo, la CPU non può accedere ai dati direttamente dal sistema di archiviazione secondario.
• RAM (memoria primaria): questo sistema di archiviazione è più veloce del sistema di archiviazione secondario ma non può archiviare i dati in modo permanente. Pertanto, quando apri un file sul tuo sistema, si sposta dal disco rigido alla RAM. Detto questo, anche la RAM non è abbastanza veloce per la CPU.
• Cache (memoria primaria): per risolvere questo problema, un particolare tipo di memoria primaria nota come memoria cache è incorporata nella CPU ed è il sistema di memoria più veloce su un computer. Questo sistema di memoria è diviso in tre parti, vale a dire la cache L1, L2 e L3. Pertanto, tutti i dati che devono essere elaborati dalla CPU si spostano dal disco rigido alla RAM e quindi alla memoria cache. Detto questo, la CPU non può accedere ai dati direttamente dalla cache.
• Registri della CPU (memoria primaria): il registro della CPU su un dispositivo informatico ha dimensioni minime e si basa sull’architettura del processore. Questi registri possono contenere 32 o 64 bit di dati. Una volta che i dati si spostano in questi registri, la CPU può accedervi ed eseguire l’attività in questione.

Capire la RAM e come funziona

Come spiegato in precedenza, la memoria ad accesso casuale su un dispositivo è responsabile dell’archiviazione e della fornitura di dati alla CPU per i programmi sul computer. Per memorizzare questi dati, la memoria ad accesso casuale utilizza una cella di memoria dinamica (DRAM).

Questa cella viene creata utilizzando un condensatore e un transistor. Il condensatore in questa disposizione viene utilizzato per immagazzinare la carica e in base allo stato di carica del condensatore; la cella di memoria può contenere un 1 o uno 0.

Se il condensatore è completamente carico, si dice che memorizzi un 1. D’altra parte, quando è scarico, si dice che memorizzi 0. Sebbene la cella DRAM sia in grado di immagazzinare cariche, questo design della memoria ha i suoi difetti.

Vedi, poiché la RAM utilizza i condensatori per immagazzinare la carica, tende a perdere la carica che ha immagazzinato in essa. A causa di ciò, i dati memorizzati nella RAM possono andare persi. Per risolvere questo problema, la carica immagazzinata nei condensatori viene aggiornata utilizzando amplificatori di rilevamento, impedendo alla RAM di perdere le informazioni memorizzate.

Sebbene questo aggiornamento delle cariche consenta alla RAM di memorizzare i dati quando il computer è acceso, introduce latenza nel sistema poiché la RAM non può trasmettere dati alla CPU quando viene aggiornata, rallentando il sistema.

Inoltre, la RAM è collegata alla scheda madre, che a sua volta è collegata alla CPU tramite socket. Quindi, c’è una notevole distanza tra la RAM e la CPU, che aumenta il tempo in cui i dati vengono consegnati alla CPU.

Per i motivi sopra menzionati, la RAM fornisce dati alla CPU solo ogni 17 nanosecondi. A quella velocità, la CPU non può raggiungere le massime prestazioni. Questo perché la CPU deve ricevere dati ogni quarto di nanosecondo per offrire le migliori prestazioni quando funziona con una frequenza turbo boost di 4 Gigahertz.

Per risolvere questo problema, abbiamo la memoria cache, un altro sistema di archiviazione temporanea molto più veloce della RAM.

Spiegazione della memoria cache

Ora che conosciamo gli avvertimenti che vengono forniti con la RAM, possiamo esaminare la memoria cache e come risolve il problema che viene fornito con la RAM.

Innanzitutto, la memoria cache non è presente sulla scheda madre. Invece, è posizionato sulla CPU stessa. Per questo motivo, i dati vengono archiviati più vicino alla CPU, consentendole di accedere ai dati più velocemente.

Inoltre, la memoria cache non memorizza i dati per tutti i programmi in esecuzione sul sistema. Conserva invece solo i dati richiesti frequentemente dalla CPU. A causa di queste differenze, la cache può inviare dati alla CPU a velocità sorprendentemente elevate.

Inoltre, rispetto alla RAM, la memoria cache utilizza celle statiche (SRAM) per memorizzare i dati. Rispetto alle celle dinamiche, la memoria statica non necessita di aggiornamento poiché non utilizza condensatori per immagazzinare le cariche.

Invece, utilizza un set di 6 transistor per memorizzare le informazioni. Grazie all’uso dei transistor, la cella statica non perde carica nel tempo, consentendo alla cache di fornire dati alla CPU a velocità molto più elevate.

Detto questo, anche la memoria cache ha i suoi difetti. Per uno, è molto più costoso rispetto alla RAM. Inoltre, una cella RAM statica è molto più grande rispetto a una DRAM, poiché viene utilizzato un set di 6 transistor per memorizzare un bit di informazioni. Questo è sostanzialmente più grande del design a condensatore singolo della cella DRAM.

Per questo motivo, la densità di memoria della SRAM è molto inferiore e non è possibile posizionare una singola SRAM con una grande dimensione di archiviazione sul die della CPU. Pertanto, per risolvere questo problema, la memoria cache è suddivisa in tre categorie, ovvero L1, L2 e L3 cache, e viene posizionata all’interno e all’esterno della CPU.

RAM vs memoria cache

Ora che abbiamo una conoscenza di base della RAM e della cache, possiamo vedere come si confrontano l’una con l’altra.

La memoria cache è molto più veloce della RAM

Sia la RAM che la cache sono sistemi di memoria volatile, ma entrambi svolgono compiti distinti. Da un lato, la RAM memorizza i programmi in esecuzione sul sistema, mentre la cache supporta la RAM memorizzando i dati utilizzati di frequente vicino alla CPU, migliorando le prestazioni.

Pertanto, se stai cercando un sistema che offra grandi prestazioni, è essenziale guardare la RAM e la cache di cui è dotato. Un equilibrio eccezionale tra i due sistemi di memoria è la quintessenza per ottenere il massimo dal tuo PC.