Sự khác biệt giữa RAM và bộ nhớ cache

Nếu là người đam mê công nghệ, bạn có thể đã nghe nói về cache và cách chúng hoạt động với RAM trên hệ thống để giúp nó chạy nhanh hơn. Nhưng có bao giờ bạn thắc mắc cache là gì và nó khác với RAM như thế nào không?

Chà, nếu câu trả lời là có, thì bạn đang ở đúng nơi, vì bài viết hôm nay sẽ xem xét mọi thứ giúp phân biệt bộ nhớ cache với RAM.

Tìm hiểu hệ thống bộ nhớ trên máy tính

Trước khi bắt đầu so sánh RAM với bộ nhớ cache, điều quan trọng là phải hiểu hệ thống bộ nhớ trên máy tính được thiết kế như thế nào.

Bạn thấy đấy, cả RAM và bộ nhớ cache đều là hệ thống bộ nhớ lưu trữ khả biến. Điều này có nghĩa là cả hai hệ thống này đều có thể lưu trữ dữ liệu tạm thời và chỉ hoạt động khi được cấp nguồn. Do đó, khi bạn tắt máy tính, tất cả dữ liệu được lưu trữ trong RAM và bộ nhớ cache sẽ bị xóa.

Vì lý do này, bất kỳ thiết bị máy tính nào cũng có hai loại hệ thống lưu trữ khác nhau - đó là bộ nhớ chính và bộ nhớ phụ (thứ cấp). Các ổ là bộ nhớ thứ cấp trên hệ thống máy tính nơi bạn lưu các file của mình, có khả năng lưu trữ dữ liệu khi tắt nguồn. Mặt khác, hệ thống bộ nhớ chính cung cấp dữ liệu cho CPU khi được bật.

Nhưng tại sao trên máy tính có hệ thống bộ nhớ không thể lưu trữ dữ liệu khi tắt máy? Chà, có một lý do lớn giải thích tại sao các hệ thống lưu trữ chính lại cần thiết cho máy tính.

Bạn thấy đấy, mặc dù bộ nhớ chính trên hệ thống không có khả năng lưu trữ dữ liệu khi không có điện, nhưng chúng nhanh hơn nhiều khi so sánh với các hệ thống lưu trữ thứ cấp. Về số lượng, các hệ thống lưu trữ thứ cấp như SSD có thời gian truy cập là 50 micro giây.

Ngược lại, các hệ thống bộ nhớ chính, chẳng hạn như bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, có thể cung cấp dữ liệu cho CPU sau mỗi 17 nano giây. Do đó, hệ thống bộ nhớ chính nhanh hơn gần 3.000 lần so với hệ thống lưu trữ thứ cấp.

Do sự khác biệt về tốc độ này, các hệ thống máy tính đi kèm với hệ thống phân cấp bộ nhớ, cho phép dữ liệu được chuyển đến CPU với tốc độ nhanh đáng kinh ngạc.

Đây là cách dữ liệu di chuyển qua các hệ thống bộ nhớ trong một máy tính hiện đại.

• Ổ lưu trữ (Bộ nhớ thứ cấp): Thiết bị này có thể lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn nhưng không nhanh bằng CPU. Do đó, CPU không thể truy cập dữ liệu trực tiếp từ hệ thống lưu trữ thứ cấp.
• RAM (Bộ nhớ chính): Hệ thống lưu trữ này nhanh hơn hệ thống lưu trữ thứ cấp nhưng không thể lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn. Do đó, khi bạn mở một file trên hệ thống của mình, file đó sẽ di chuyển từ ổ cứng sang RAM. Tuy nhiên, ngay cả RAM cũng không đủ nhanh cho CPU.
• Cache (Bộ nhớ chính): Để giải quyết vấn đề này, một loại bộ nhớ chính cụ thể được gọi là bộ nhớ cache được nhúng trong CPU và là hệ thống bộ nhớ nhanh nhất trên máy tính. Hệ thống bộ nhớ này được chia thành ba phần, cụ thể là cache L1, L2 và L3. Do đó, bất kỳ dữ liệu nào cần được CPU xử lý sẽ di chuyển từ ổ cứng sang RAM rồi đến bộ nhớ cache. Tuy nhiên, CPU không thể truy cập dữ liệu trực tiếp từ cache.
• Thanh ghi CPU (Bộ nhớ chính): Thanh ghi CPU trên thiết bị điện toán có kích thước nhỏ và dựa trên kiến trúc bộ xử lý. Các thanh ghi này có thể chứa 32 hoặc 64 bit dữ liệu. Khi dữ liệu di chuyển vào những thanh ghi này, CPU có thể truy cập nó và thực hiện tác vụ trong tầm tay.

Tìm hiểu về RAM và cách thức hoạt động của nó

Như đã giải thích trước đó, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên trên thiết bị chịu trách nhiệm lưu trữ và cung cấp dữ liệu CPU cho các chương trình trên máy tính. Để hiểu về RAM và cách thức hoạt động của nó, bạn đọc có thể tham khảo bài viết: RAM là gì? Tất tần tật về RAM laptop và những điều bạn cần biết để biết thêm chi tiết.

RAM chỉ cung cấp dữ liệu cho CPU sau mỗi 17 nano giây. Ở tốc độ đó, CPU không thể đạt hiệu suất cao nhất. Điều này là do CPU cần được cung cấp dữ liệu mỗi 1/4 nano giây để mang lại hiệu suất tốt nhất khi chạy ở tần số tăng áp turbo là 4 Gigahertz.

Để giải quyết vấn đề này, chúng ta có bộ nhớ cache, một hệ thống lưu trữ tạm thời khác nhanh hơn nhiều so với RAM.

Tìm hiểu về bộ nhớ cache

Bây giờ, hãy xem xét bộ nhớ cache và cách nó giải quyết vấn đề xảy ra với RAM.

Đầu tiên và quan trọng nhất, bộ nhớ cache không có trên bo mạch chủ. Thay vào đó, nó được đặt trên chính CPU. Do đó, dữ liệu được lưu trữ gần CPU hơn, cho phép CPU truy cập dữ liệu nhanh hơn.

Ngoài ra, bộ nhớ cache không lưu trữ dữ liệu cho tất cả các chương trình đang chạy trên hệ thống của bạn. Thay vào đó, nó chỉ giữ dữ liệu được CPU yêu cầu thường xuyên. Do những khác biệt này, bộ đệm có thể gửi dữ liệu tới CPU với tốc độ nhanh đáng kinh ngạc.

Hơn nữa, so với RAM, bộ nhớ cache sử dụng các cell tĩnh (SRAM) để lưu trữ dữ liệu. So với các cell động, bộ nhớ tĩnh không cần refresh vì chúng không sử dụng tụ điện để lưu trữ điện tích.

Thay vào đó, nó sử dụng một bộ 6 bóng bán dẫn để lưu trữ thông tin. Do sử dụng bóng bán dẫn, cell tĩnh không bị mất điện tích theo thời gian, giúp cache cung cấp dữ liệu cho CPU với tốc độ nhanh hơn nhiều.

Tuy nhiên, bộ nhớ cache cũng có những nhược điểm riêng. Thứ nhất, nó đắt hơn nhiều so với RAM. Ngoài ra, một cell RAM tĩnh lớn hơn nhiều so với DRAM, vì một bộ 6 bóng bán dẫn được sử dụng để lưu trữ một bit thông tin. Con số này lớn hơn đáng kể so với thiết kế tụ điện đơn của cell DRAM.

Do đó, mật độ bộ nhớ của SRAM thấp hơn nhiều và việc đặt một SRAM duy nhất có kích thước lưu trữ lớn trên khuôn CPU là không thể. Do đó, để giải quyết vấn đề này, bộ nhớ cache được chia thành 3 loại là cache L1, L2 và L3, được đặt bên trong và bên ngoài CPU.

Sự khác biệt giữa RAM và bộ nhớ cache

Bây giờ, bạn đã hiểu cơ bản về RAM và cache. Tiếp theo, hãy xem chúng khác nhau như thế nào.

Bộ nhớ cache nhanh hơn nhiều so với RAM

Cả RAM và cache đều là hệ thống bộ nhớ khả biến, nhưng cả hai đều phục vụ các tác vụ đặc biệt. Một mặt, RAM lưu trữ các chương trình đang chạy trên hệ thống của bạn, trong khi cache hỗ trợ RAM bằng cách lưu trữ dữ liệu được sử dụng thường xuyên gần CPU, giúp cải thiện hiệu suất.

Do đó, nếu bạn đang tìm kiếm một hệ thống mang lại hiệu năng tuyệt vời, thì điều cần thiết là phải xem xét RAM và bộ nhớ cache đi kèm với nó. Sự cân bằng vượt trội giữa cả hai hệ thống bộ nhớ là điều cần thiết để tận dụng tối đa PC của bạn.