Что означает слово кэш в интернете. Что такое кэш в телефоне и компьютере. Нюансы для оперативной памяти

Системный кэш (system cache) вносит значительный вклад в повышение производительности современных РС. Кэш представляет собой буфер между очень быстрым процессором и относительно медленной системной памятью, которая обслуживает процессор. Заметим, что память совсем не медленная, но все же ее быстродействие уступает скорости процессора. Наличие кэша позволяет процессору выполнять операции, обращаясь к памяти намного реже, чем при отсутствии кэша. Отметим, что в прошлом кэш часто назывался сверхоперативным запоминающим устройством.

В современных РС фактически есть несколько уровней (level), или слоев (layer), кэша. Обычно без специального уточнения слово кэш подразумевает кэш второго уровня (Level 2, L2), или вторичный кэш (secondary cache), который находится между процессором и системным RAM. Далее рассматриваются все уровни кэша, но основное внимание уделяется вторичному кэшу.

Уровни кэша

В современном РС имеется несколько уровней кэша. В них не включаются кэши, имеющиеся в некоторых периферийных устройствах, например в жестких дисках. Каждый уровень ближе к процессору и быстрее того уровня, который находится ниже его. Каждый уровень кэширует находящиеся ниже его уровни благодаря своему более высокому быстродействию:

	Кэшируемые устройства
Кэш уровня 1	Кэш уровня 2, системная память RAM, жесткий диск и CD-ROM
Кэш уровня 2	Системная память RAM, жесткий диск и CD-ROM
Системная память RAM	Жесткий диск и CD-ROM
Жесткий диск и CD-ROM

Вот что происходит в процессе работы РС. Процессор запрашивает фрагмент информации. Прежде всего он обращается к самому быстрому L1-кэшу. Если он находит там нужную информацию (это называется попаданием - hit), процессор использует ее почти без задержки. Если же информации в L1-кэше нет (это называется промахом - miss), происходит поиск в L2-кэше. Когда нужная информация имеется в L2-кэше (попадание), она считывается с относительно небольшой задержкой. В противном случае (промах в L2-кэше) процессор вынужден обращаться к системной памяти RAM. В свою очередь, RAM либо содержит запрашиваемую информацию, либо должно получить ее с еще более медленного жесткого диска или CD-ROM. Отметим, что фактически памятью и кэшем управляет чипсет.

Важно отчетливо представлять себе, насколько некоторые устройства медленнее процессора. Даже самые быстрые жесткие диски имеют время обращения порядка 10 мс, поэтому ожидая 10 мс процессор с частотой 200 МГц впустую расходует два миллиона тактов синхронизации! А накопители CD-ROM примерно в десять раз медленнее жестких дисков. Поэтому применение кэшей, позволяющих избежать обращений к медленным устройствам, значительно повышает производительность РС.

Фактически кэширование выходит за рамки аппаратных средств. Например, в web-броузере реализовано два уровня кэширования. Поскольку загрузка страницы из Internet производится довольно медленно, броузер сохраняет ранее просмотренные страницы для ускорения их повторной загрузки. Броузер вначале проверяет свой кэш в памяти, а затем кэш на жестком диске, не содержат ли они копию запрашиваемой страницы. Только при отсутствии страницы в кэше броузер считывает ее из Internet.

L1-кэш, или первичный кэш

Ll-кэш, или первичный кэш (primary cache) является самой быстрой памятью в РС, поскольку он встроен в сам процессор. Емкость этого кэша невелика, обычно от 8 до 64 Кбайт, но быстродействие очень велико, так как он работает с такой же скоростью, что и процессор. Ситуация, когда процессор запрашивает информацию и находит ее в L1-кэше, оказывается наиболее благоприятной с точки зрения производительности, так как ожидать ее не нужно. Подробнее L1-кэш рассмотрен в главе о процессорах.

L2-кэш, или вторичный кэш

L2-кэш является вторичным кэшем по отношению к L1-кэшу; он имеет большую емкость обычно от 64 КБ до 4 МБ, но действует несколько медленнее. L2-кэш применяется для "захвата" недавних обращений, которые не "захвачены" L1-кэшем. Вторичный кэш находится на материнской плате или на дочерней плате (daughterboard), которая вставляется в материнскую плату. В процессоре Pentium Pro L2-кэш размещен в одном и том же корпусе, что и процессор (хотя и не на одном кристалле с процессором и L1-кэшем); такой кэш работает значительно быстрее L2-кэша на материнской плате. В процессорах Pentium II кэш работает с половинной скорости процессора.

L3-кэш (TriLevel Cache)

При проектирования подсистемы кэша действует общее правило: большой и быстрый кэш обеспечивает более высокую производительность компьютера. Компания AMD разработала новейшую архитектуру кэша, значительно расширяющую возможности РС, базирующихся на платформе Super7. Реализованная в процессоре AMD-K6-III новая технология трехуровневого кэша (TriLevel Cache) значительно улучшает производительность компьютера за счет самого большого из применяемых сейчас кэша, емкость которого в четыре раза превышает емкость кэша процессоров Pentium III.

Дисковый кэш

Дисковый кэш (disk cache) представляет собой область системной памяти, которая используется для кэширования операций считывания и записи жесткого диска. В некоторых отношениях он является наиболее важным кэшем в РС из-за огромной диспропорции скоростей системной памяти RAM и жесткого диска. Хотя системная память RAM несколько медленнее L1-кэша и L2-кэша, жесткий диск намного медленнее системной памяти RAM.

В отличие от памяти L1-кэша и L2-кэша, которая полностью отводится для кэширования, системная память RAM используется не только для кэширования, но и для других целей. Обычно дисковый кэш реализуется специальными программами, например SmartDrive.

Периферийный кэш

Аналогично жесткому диску и другие устройства можно кэшировать с помощью системного RAM. Например, практически всегда кэшируются накопителя CD-ROM, что объясняется очень медленным начальным обращением в десятки миллисекунд. Фактически иногда накопители CD-ROM кэшируются на жесткий диск, так как жесткий диск намного быстрее накопителя CD-ROM.

Назначение и работа системного кэша

В этом разделе обсуждаются принципы организации кэша и подробно рассматривается работа L2-кэша. Внутренний L1-кэш во многом похож на L2-кэш по ассоциативности, организации, определению попаданий и др. Однако в деталях реализации эти два типа кэшей различаются.

Примечание: Здесь излагаются довольно сложные вопросы, поэтому рекомендуется читать материал по-порядку и вначале изучить работу системной памяти.

Как работает кэш

Кэш представляет собой удивительное образование. L2-кэш емкостью 512 КБ, кэширующий системную память 64 МБ, может предоставлять запрашиваемую процессором информацию в 90-95% времени. Только вдумайтесь в приведенные цифры: кэш, емкость которого меньше 1% емкости кэшируемой памяти, может регистрировать "попадания" в более чем 90% запросов. Именно по причине столь высокой эффективности кэширование играет очень важную роль.

Работа кэша опирается на принцип локальности обращений (locality of reference). Он гласит, что при выполнении даже огромных программ в несколько мегабайтов одновременно используется только незначительные части кода. Программы расходуют значительное время, работая с одной небольшой областью кода, который часто реализует одни и те же операции с несколько отличающимися данными, а затем переходит к другой области. Такое положение объясняется широким использованием в программах циклов (loops).

Предположим, к примеру, что вы запустили текстовый процессор и открыли свой любимый документ. Программа текстового процессора в некоторый момент должна считать файл и отобразить на экране считанный текст. В упрощенном варианте эти действия выполняет примерно такой код:

• Открыть файл документа.
• Открыть экранное окно.
• Для каждого символа в документе:
  • Считать символ.
  • Сохранить символ в рабочей памяти.
  • Записать символ в окно, если символ является частью первой страницы.
• Закрыть файл документа.

Цикл образуют три команды, которые выполняются для каждого символа в документе. Эти команды повторяются многие тысячи раз, а в приложениях имеются сотни или тысячи подобных циклов. Всякий раз при нажатии клавиши PgDn на клавиатуре текстовый процессор должен очищать экран, определять отображаемые следующими символы и затем выполнять аналогичный цикл для копирования символов из памяти на экран. Для сохранения файла на жестком диске также приходится выполнять несколько циклов.

Этот пример показывает, почему кэширование повышает производительность при выполнении программного кода, а как же быть с данными? Не трудно догадаться, что обращение к данным, например рабочим файлам, так же является повторяющимся. Сколько раз при работе с текстовым процессором вы производите скроллинг ("прокрутку") вверх и вниз вновь и вновь отыскивая один и тот же текст в процессе редактирования? Системный кэш хранит значительную часть этой информации, поэтому при необходимости ее можно загрузить во второй раз, третий раз и т.д.

В рассмотренном примере для считывания символов из файла, сохранения их в рабочей памяти и записи на экран использовался цикл. При первом выполнении команд цикла (считывание, сохранение, запись) их необходимо загрузить из относительно медленной системной памяти (в предположении, что они находятся в памяти, так как в противном случае их придется загружать с намного более медленного диска).

Кэш (аппаратно) запрограммирован на хранение содержания ячеек памяти, к которым производились недавние обращения на тот случай, если оно потребуется вновь. Поэтому каждая из приведенных команд сохраняется в кэше после первой загрузки из памяти. Когда процессору потребуется в следующий раз использовать ту же самую команду, он вначале проверит, не находится ли нужная команда в кэше, и загрузит ее из кэша, а не из медленной системной памяти. Число буферированных таким способом команд зависит от емкости и организации кэша.

Предположим, что цикл должен обработать 1000 символов и кэш может хранить все три команды цикла. Это означает, что 999 раз из 1000 (т.е. 99.9% времени) выполнений команд они будут загружаться из кэша. Именно поэтому кэши может удовлетворить большой процент запросов памяти, хотя емкость его часто составляет менее 1% емкости системной памяти.

Компоненты L2-кэша

L2-кэш состоит из двух основных компонентов. Обычно физически не размещаются в одних и тех же микросхемах, но логически связаны и обеспечивают правильную работу кэша. Вот эти компоненты:

• Память данных (data store): В этой памяти фактически хранится кэшированная информация. Когда выполняется операция "сохранить что-то в кэше" или "считать что-то из кэша", участвующие в операции данные помещаются в память данных или считываются из памяти данных. Когда говорят о емкости кэша 256 КБ или 512 КБ, подразумевается емкость памяти данных. Чем больше емкость этой памяти, тем больше информации можно кэшировать и тем выше вероятность удовлетворения запроса из кэша.
• Тэговая память RAM (tag RAM): Это небольшая область памяти, используемая кэшем для слежения за тем, каким ячейкам памяти принадлежат элементы в памяти данных. Емкость тэговой RAM (а не емкость памяти данных) управляет тем, сколько основной памяти можно кэшировать.

В дополнение к этим памятям, конечно же, имеется схема контроллера кэша. В современных РС значительную долю нагрузки по управлению L2-кэшем несет системный чипсет (system chipset).

Структура памяти данных

Многие полагают, что кэш организован как большая последовательность байтов. Фактически же в РС пятого поколения и выше L2-кэш организован как набор длинных строк кэша (cache lines), каждая из которых содержит 32 байта (256 битов). Это означает, что в каждой операции считывания или записи кэша производится передача 32 байтов; невозможно считать или записать только один байт. Такая организация объясняется причинами производительности. Как минимум, невозможно иметь в строке кэша меньше 64 битов, так как шина данных процессоров Pentium имеет ширину 64 бита. Ширина памяти данных в 256 битов объясняется тем, что обращение к памяти производится четырьмя пакетами, а 4 х 64 равно 256.

Рассмотрим кэш емкостью 512 КБ (это память данных). Чтобы мысленно представить себе структуру этой памяти, нужно вместо одного длинного столбца с 524 288 (512 K) отдельными рядами представить 32 столбца и 16 384 (16 K) рядов. Каждое обращение к памяти данных производится к строке (ряду), поэтому кэш имеет 16 384 различных адресов.

Отображение и ассоциативность кэша

Важным фактором в определении эффективности L2-кэша является то, как кэш отображается (mapped) на системную память. Имеется много способов распределения "хранилища" кэша на адреса обслуживаемой им памяти. Как пример, рассмотрим РС, имеющий L2-кэш 512 КБ и основную память 64 МБ. Возникает сложный вопрос о том, как разделить 16 384 адресов строк кэша между "огромной" памятью 64 МБ?

Имеются три основных способа отображения. Выбор способа отображения настолько важен при разработке кэша, что кэш часто называется в соответствии с выбранным способом:

• Кэш с прямым отображением (Direct Mapped Cache): Простейший способ распределения кэша системной памяти заключается в том, чтобы определить, сколько строк кэша имеется (в нашем примере - 16 384) и просто разбить системную память на такое же число блоков. При этом каждый блок может использовать одну строку кэша, Этот способ называется прямым отображением (direct mapping). Поэтому при наличии 64 МБ адресов основной памяти каждую строку кэша будут разделять 4096 адресов памяти (64 M деленное на 16 K).
• Полностью ассоциативный кэш (Fully Associative Cache): Вместо жесткого распределения строк кэша конкретным ячейкам памяти возможно разработать кэш так, что любая строка может хранить содержание любой ячейки памяти. Такой способ называется полностью ассоциативным отображением (fully associative mapping).
• N-направленный ассоциативный по множеству кэш (N-Way Set Associative Cache): Здесь "N" является числом, обычно 2, 4, 8 и т.д. Такой кэш представляет собой компромисс между кэшем с прямым отображением и полностью ассоциативным кэшем. В этом случае кэш разбивается на множества (sets), причем каждое множество содержит "N" строк кэша, например 4. Тогда каждый адрес памяти присваивается множеству и может кэшироваться в любом из этих 4 мест внутри присвоенного ему множества. Другими словами, внутри каждого множества кэш является ассоциативным, чем и объясняется его название.
  В этой структуре имеется "N" возможных мест кэша, в которых может находиться заданная ячейка памяти. Компромисс заключается в том, что имеется "N" ячеек памяти, конкурирующих за одни и те же "N" строк в множестве. Предположим, например, что применяется 4-направленный ассоциативный по множеству кэш. Здесь вместо одного блока из 16 384 имеется 4096 множеств по 4 строки в каждом. Каждое из множеств разделяется 16 384 адресами памяти (64 M деленное на 4 K) вместо 4096 адресов в случае кэша с прямым отображением. Таким образом, здесь разделяется больше строк (4 вместо одной), но и больше адресов разделяют их (16 384 вместо 4096).

В общем, кэш с прямым отображением и полностью ассоциативный кэш являются частными случаями N-направленного ассоциативного по множеству кэша. Можно установить "N" = 1, чтобы получить "1-направленный" ассоциативный по множеству кэш. В этом случае каждое множество состоит из одной строки, а это эквивалентно кэшу с прямым отображением, так как каждый адрес памяти указывает только на одно возможное место в кэше. С другой стороны, если сделать "N" действительно большим, например установить "N" равным числу строк в кэше (16 384 в нашем примере), то получится только одно множество, содержащее все строки кэша и каждая ячейка памяти показывает на это огромное множество. Это означает, что любой адрес памяти может быть в любой строке, т.е. получается полностью ассоциативный кэш.

Сравнение способов отображения кэша

Существует критичный компромисс в производительности кэша, который и привел к созданию рассмотренных способов отображения кэша. Чтобы кэш имел хорошую производительность, желательно максимизировать оба следующих параметра:

• Коэффициент попаданий (hit ratio): Желательно максимально повысить вероятность того, что кэш содержит требуемые процессору адреса памяти. В противном случае преимущества кэширования пропадают из-за большого числа промахов.
• Скорость поиска (search speed): Желательно максимально быстро определять, произошло ли попадание в кэше. В противном случае небольшой временной интервал расходуется на поиск в кэше при каждом обращении (попадании или промахе).

Рассмотрим эти параметры для трех типов кэша:

• Кэш с прямым отображением: Это простейший кэш, в котором проще всего определять попадание. Так как имеется только одно место, в которое может кэшировать любая ячейка памяти, искать просто нечего; строка либо содержит отыскиваемую информацию, либо не содержит.
  К сожалению, кэш с прямым отображением имеет наихудшую производительность, так как имеется только одно место, в котором можно сохранить любой адрес. Вернемся к нашему примеру с L2-кэшем 512 КБ и системной памяти 64 МБ. Напомним, что данный кэш имеет 16 384 строк (предполагая 32-байтовые строки кэша) и каждая строка разделяется 4096 адресами памяти. В самом худшем случае предположим, что процессору требуются два разных адреса (назовем их X и Y), которые отображены на одну и ту же строку кэша в чередующейся последовательности (X, Y, X, Y). Это может произойти в небольшом цикле. Процессор загрузит X из памяти и сохранит его в кэше. Затем он будет искать в кэше Y, но Y использует ту же строку, что и X, поэтому его в кэше не будет. Поэтому Y загружается из памяти и сохраняется в кэше для будущего использования. Но затем процессор запрашивает X, а находит в кэше только Y. Данный конфликт повторяется вновь и вновь. Конечный результат состоит в том, что коэффициент попаданий равен 0%. Конечно, мы рассмотрели наихудший сценарий, но, в общем, производительность для такого способа отображения оказывается худшей.
• Полностью ассоциативный кэш: Такой кэш имеет наилучший коэффициент попаданий, так как любая строка в кэше может содержать любой адрес, который требуется кэшировать. Это означает, что проблема, которая характерна для кэша с прямым отображением, снимается из-за отсутствия единственной строки, который должен использовать адрес.
  Однако в таком кэше возникают проблемы поиска в кэше. Если каждый адрес может храниться в любой из 16 384 строк, то как узнать, где он находится? Даже при использовании для поиска специальных схем производительность снижается. Причем снижение происходит для всех обращений к памяти, независимо от того, получается попадание или нет, так как для определения попадания необходимо выполнить поиск. Кроме того, при необходимости добавления нового элемента потребуются дополнительные схемы, чтобы определить используемые строки (обычно для определения используемой следующей строки применяется алгоритм Least Recently Used - LRU - наиболее давно используемая). Все эти схемы усложняют кэш, удорожают его и увеличивают время поиска.
• N-направленный ассоциативный по множеству кэш: Такой кэш оказывается приемлемым компромиссом между кэшем с прямым отображением и полностью ассоциативным кэшем. Рассмотрим 4-направленный ассоциативный по множеству кэш. Здесь каждый адрес может кэшироваться в любом из четырех мест. Это означает, что в примере для кэша с прямым отображением, где мы попеременно обращались к двум адресам, отображенным на одну и ту же строку кэша, теперь они должны отображаться на одно и то же множество . Это множество имеет 4 строки, поэтому одна может хранить X, а другая Y. При этом коэффициент попаданий повышается с 0% почти до 100%! Конечно, это предельный случай. Что касается поиска, его нетрудно реализовать, так как каждое множество имеет только 4 строки для проверки, хотя и при этом небольшом поиске требуются дополнительные схемы для определения того, какую строку кэша использовать при считывании "свежих" данных из памяти. По-прежнему, для этого обычно применяется разновидность алгоритма LRU.

Приведем сводную таблицу, показывающую способы отображения кэша и обеспечиваемые ими относительные производительности:

Тип кэша	Коэффициент попаданий	Скорость поиска
Кэш с прямым отображением		Наилучшая
Полностью ассоциативный кэш	Наилучший
N-направленный ассоциативный по множеству кэш, N>1	Очень хороший, лучше при увеличении N	Хорошая, хуже при увеличении N

На практике наиболее распространены кэш с прямым отображением и ассоциативный по множеству кэш. Кэш с прямым отображением используется для L2-кэша на материнских платах, а более производительный ассоциативный по множеству кэш чаще используется во внутреннем L1-кэше.

Память тэгов

Поскольку каждая строка (или множество) в памяти данных разделяется большим числом адресов памяти, которые отображаются на нее (него), необходимо следить за тем, какой адрес использует каждую строку кэша в данный момент времени. Именно для этого и применяется память тэгов (tag RAM).

Вновь рассмотрим предыдущий пример: РС с основной памятью 64 МБ, кэшем 512 КБ и строками кэша по 32 байта. Здесь имеется 16 384 строк кэша и поэтому каждую строку разделяют 4096 различных адресов памяти. Но напомним, что каждая строка состоит из 32 байтов, т.е. в каждой строке можно поместить различных 32 байта. В результате получается, что имеется 129 (4096 деленные на 32) различных 32-байтовых строк памяти, которые разделяют ячейку кэша.

Для адресации памяти 64 МБ требуется 26 линий адреса (так как 2^26 равно 64 М), которые нумеруются от A0 до A25. Для 512 КБ требуется только 19 линий от A0 до A18. Разность составляет 7 линий, так как 128 = 2^7. Эти 7 линий адреса сообщают, какой из 128 различных адресов, которые может использовать строка кэша, фактически используются ею в данный момент. Именно для этого и предназначена тэговая память. Элементов в тэговой памяти столько же, сколько в памяти данных, поэтому получается 16 384 элементов тэговой памяти, но эти элементы значительно короче 32-байтовых элементов памяти данных.

Отметим, что тэговая память привлекается как можно раньше в процессе обращения к памяти для определения наличия или отсутствия попадания в кэше. Это означает, что независимо от быстродействия памяти данных тэговая память должна быть несколько быстрее.

Как используется адрес памяти

Адрес памяти от процессора представляет собой адрес байта, необходимого процессору. Для проверки попадания контроллер кэша разбивает его на три секции. Для нашего примера (память 64 МБ, кэш 512 КБ, более простой кэш с прямым отображением), поэтому мы имеем 26 битов адреса от A0 до A25:

• A0 - A4: Младшие 5 битов представляют 32 различных байта в памяти данных (2^5 = 32). Напомним, что просматриваемый кэш имеет 32-байтные строки, считающиеся законченными единицами. Поэтому контроллер кэша игнорирует биты адреса A0 - A4; процессор будет использовать их впоследствии, определяя какой байт использовать из 32 байтов, полученных из кэша.
• A5 - A18: Эти 14 битов представляют строку кэша, на которую отображается адрес. Напомним, что 2^14 = 16 384, т.е. равно полному числу строк кэша. Этот адрес строки кэша используются для поиска адреса тэга в памяти тэгов и затем фактических данных в памяти данных, если зарегистрировано попадание.
• A19 - A25: Эти 7 битов представляют адрес тэга, который указывает системе, какая из возможных ячеек памяти, которые разделяют строку кэша (определяемую линиями адреса A5 - A18), сейчас использует ее.

Если использованные для примера числа изменяются, соответственно меняются и диапазоны адресов. Так, при наличии памяти 32 МБ, кэша 128 КБ и 16-байтовых строк кэша игнорируются биты адреса A0 - A3, биты A4 - A16 представляют адрес строки кэша и биты A17 - A24 являются адресом тэга.

Политика записи кэша и бит Dirty (грязный)

В дополнение к кэшированию считываний из памяти система может кэшировать и записи в память. Обработка битов адреса, строк кэша и т.п. выполняется так же, как и при считывании. Однако имеются два способа обработки кэшем записи, которые называются политикой записи (write policy) кэша.

• Эта политика обеспечивает полное кэширование записи системной памяти. Когда производится запись в ячейку системной памяти, которая в данный момент кэширована, новые данные записываются только в кэш и фактически не записываются в системную память. Впоследствии, если другой ячейке памяти требуется использовать строку кэша, в которой запомнены эти данные, они сохраняются (записываются назад - written back) в системную память и затем строку может использовать новый адрес.
• В этом способе всякий раз, когда процессор записывает в кэшированную ячейку памяти, обновляются и кэш, и соответствующая ячейка памяти. По существу, это похоже на "полукэширование" (half caching) записей; данные просто записываются в кэш на тот случай, если их вскоре будет считывать процессор, но сама запись фактически не кэшируется, так как всякий раз приходится инициировать запись в память.

Многие кэши с обратной записью можно настроить на работу со сквозной записью (однако, не все), а противоположная настройка обычно невозможна.

В общем, обратная запись обеспечивает лучшую производительность, но с незначительным риском целостности памяти (memory integrity). Кэширование с обратной записью позволяет системе не производить множества ненужных циклов записи в системную память, что заметно ускоряет выполнение программ. Однако при использовании кэширования с обратной записью данные в кэшированные ячейки помещаются только в кэш, а сама системная память фактически не обновляется до тех пор, пока не приходится освобождать строку кэша для того, чтобы освободить место для использования ее другим адресом.

В результате в любой момент времени может возникнуть рассогласование между многими строками в кэше и адресами памяти, которым они соответствуют. В этом случае данные в памяти называются "устаревшими" (stale), так как в них нет новой информации, которая только что была записана в кэш. При использовании кэша со сквозной записью память никогда не может "устареть", поскольку запись в системную память производится при каждом записи в кэш.

Обычно "устаревшая" память не вызывает проблем, потому что контроллер кэша следит за тем, какие ячейки в кэше изменены и какие ячейки памяти вследствие этого "устарели". Для этого привлекается дополнительный бит в каждой строке памяти, называемый битом "грязный" (dirty bit). Когда запись кэшируется этот бит устанавливается в 1, сообщая контроллеру кэша: "когда ты решишь повторно использовать данную строку кэша для другого адреса, необходимо записать ее содержание в память". Обычно бит "грязный" реализуется добавлением дополнительного бита в тэговую память.

Однако использование кэша с обратной записью влечет небольшую вероятность искажения данных, если что-то произойдет до того, как "грязные" строки кэша смогут быть сохранены в памяти. Конечно, таких ситуаций совсем мало, так как память и кэш являются энергозависимыми, т.е очищаются при выключении РС.

С другой стороны, рассмотрим дисковый кэш, когда системная память используется для кэширования записей на жесткий диск. Здесь память оказывается энергозависимой, а жесткий диск - нет. Когда применяется кэш с обратной записью, на диске могут оказаться устаревшие (по сравнению с памятью) данные. Если питание выключается, теряется все, что еще не записано на диск, а это может привести к искажениям данных. Поэтому большинство дисковых кэшей позволяют программам отменять политику обратной записи для обеспечения согласования между кэшем (в памяти) и диском.

Во многих кэшах можно также скомандовать контроллеру "сейчас же запиши в системную память все грязные строки кэша". Эта операция выполняется, когда необходимо гарантировать согласование кэша с памятью, т.е. чтобы не было устаревших данных. Иногда такую операцию называют "выгрузкой" (flushing) кэша и она часто выполняется в дисковых кэшах (см. выше).

Процесс операции считывания и записи в кэше

После обсуждения всех компонентов кэша и принципов его построения мы подробно рассмотрим, что фактически происходит, когда процессор инициирует операцию считывания и записи системной памяти. Для примера взят РС, имеющий память 64 МБ, кэш 512 КБ с прямым отображением и строки кэша по 32 байта:

1. Процессор инициирует операцию считывания или записи системной памяти.
2. Одновременно контроллер кэша начинает проверять, содержится ли запрошенная информация в памяти, а контроллер памяти начинает операцию считывания или записи системной памяти. Обращение к памяти производится для того, чтобы не терять времени в случае промаха в кэше; когда в кэше регистрируется попадание, система при необходимости отменяет частично выполненный обращение к системной памяти. В случае кэша со сквозной записью операция записи в память всегда продолжается.
3. Контроллер кэша контролирует попадание, анализируя адрес от процессора. Младшие пять битов (A0 - A4) игнорируются, потому что они выделяют один из 32 байтов в строке кэша. Они не нужны, так как кэш всегда возвратит в процессор все 32 байта, а процессор определяет, какой байт ему нужен. Следующие 14 битов адреса (A5 - A18) определяют подлежащую проверке строку кэша (отметим, что 2^14 равно 16 384).
4. Контроллер кэша считывает из тэговой памяти по адресу, определяемому 14 линиями адреса A5 - A18. Если, например, они содержат адрес 13 714, контроллер будет проверять содержание элемента #13 714 тэговой памяти. Он сравнивает считанные из тэговой памяти 7 битов с 7 битами адреса A19 - A25, полученными от процессора. Если они одинаковы, контроллер знает, что элемент в кэше с этим адресом строки необходим процессору, т.е. имеется попадание. Если тэговая память не соответствует, имеется промах.
5. В случае попадания в операции считывания контроллер кэша считывает 32-байтовое содержание памяти данных кэша по тому же адресу строки, который определяется битами A5 - A18 (13 714), и посылает его в процессор. Инициированная в системной памяти операция считывания отменяется и на этом вся операция закончена. При записи контроллер записывает 32 байта в память данных в ту же сроку кэша, которую определяют биты A5 - A18. Затем при использовании кэша со сквозной записью производится запись в системную память; в случае кэша с обратной записью операция записи в системную память отменяется и бит "грязный" для этой строки кэша устанавливается в 1, показывая, что кэш обновился, а системная память нет.
6. В случае промаха в операции считывания выполняется инициированное ранее считывание из системной памяти и 32 байта считываются из памяти по адресу A5 - A25. Эти байты подаются в процессор, который по пяти младшим битам A0 -A4 адреса определяет требуемый ему байт. При этом кэш должен тоже сохранить в своей памяти данных эти только что считанные из системной памяти байты в расчете, что они вскоре понадобятся. При использовании кэша со сквозной записью 32 байта просто помещаются в память данных по адресу, который определяют биты A5 - A18. Содержание битов A19 - A25 сохраняется в тэговой памяти по тому же 14-битовому адресу A5 - A18. Теперь элемент кэша готов к последующему запросу процессора. При использовании кэша с обратной записью до перезаписи старого содержания строки кэша необходимо проверить бит "грязный" этой строки. Если он установлен в 1, то необходимо вначале записать содержание строки кэша в память, а затем сбросить бит "грязный". Если же этот бит сброшен в 0, то содержание системной памяти не "устарело" и запись в нее производить не нужно.
7. В случае промаха в операции записи кэш ничего не должен выполнять, так как большинство кэшей не обновляет строку кэша при промахе в операции записи. Кэш просто оставляет прежнее содержание и производится запись в системную память, полностью обходя кэш. Однако некоторые кэши всегда записывают данные в память данных при выполнении операций записи. Они опираются на предположение, что все только что записанное процессором в большой вероятностью потребуется в ближайшем будущем. Следовательно, они полагают, что каждая запись по определению оказывается попаданием. Другими словами, при записи попадание не проверяется и строка кэша, соответствующая адресу записи, всегда заменяется выданными процессором данными. Это означает также, что при промахе в записи контроллер кэша должен обновлять кэш, включая проверку бита "грязный" до записи, таким образом, как это выполняется в случае промаха при считывании.

Конечно, рассмотренный довольно сложный пример еще более усложняется при использовании ассоциативного по множеству или полностью ассоциативного кэша. Здесь при проверки попадания необходимо производить поиск и определять, какую строку кэша обновлять при промахе.

Характеристики кэша

В этом разделе обсуждаются характеристики L2-кэша, которые необходимо учитывать при выборе материнской платы или модернизации кэша. Особенный упор сделан на производительность кэша.

Скорость (быстродействие) кэша

Нет единственного числа, которое полностью определяло бы "скорость" системного кэша. Поэтому приходится учитывать "сырую" скорость используемых компонентов, а также необходимых для них схем. Анализ скорости кэша во многом аналогичен соответствующему анализу скорости системной памяти.

Под "raw" скоростью кэша понимается быстродействие образующих его микросхем. Обычно для кэша применяются микросхемы статического RAM (SRAM) в отличие от микросхем динамического RAM (DRAM) для системной памяти. Микросхемы SRAM быстрее, но и дороже микросхем DRAM. Быстродействие SRAM составляет 5 - 10 нс, а DRAM 30 - 60 нс.

Быстродействие микросхем определяет верхний предел производительности, к которому должны стремиться разработчики материнских плат и чипсетов. Рассмотрим материнскую плату с процессором Pentium, имеющую скорость шины памяти 66 МГц, т.е. такт составляет 15 нс. Чтобы материнская плата считывала из кэша за один такт, скорость микросхем SRAM должна быть меньше 15 нс (из-за служебных потерь точно 15 нс не хватает). Если микросхемы SRAM окажутся быстрее, выигрыша производительности не будет, а если медленнее, то возникнут проблемы с временной диаграммой, которые проявляются как ошибки памяти и зависание системы.

Тэговая память в составе кэша обычно должна быть быстрее памяти данных кэша. Это объясняется тем, что вначале необходимо считывать из тэговой памяти, проверяя наличие попадания. Необходимо проверить тэг и иметь в случае попадания достаточное время для считывания из кэша в одном такте синхронизации. Например, может оказаться, что микросхемы памяти данных кэша имеют скорость 15 нс, а микросхемы тэговой памяти 12 нс.

Чем сложнее способ отображения кэша, тем более важным оказывается разница скоростей тэговой памяти и памяти данных. Простые способы отображения, например прямое отображение, обычно не требуют большой разницы. В этом случае можно использовать для всего кэша микросхемы с одной и той же скоростью; если, например, системе требуется 15 нс для тэговой памяти и 16 нс для памяти данных, спецификация материнской платы просто определяет 15 нс для всего, потому что это проще. В любом случае, если материнская плата не поставляется с установленным L2-кэшем, необходимо приобретать память в соответствии с руководство на материнскую плату.

Истинная скорость любого кэша, т.е. насколько быстро он производит передачи в процессор и из процессора для ускорения приложений, зависит от схемы контроллера кэша и других схем чипсета. Возможности чипсета определяют, какие виды передач может использовать кэш. Это, в свою очередь, определяет оптимальную временную диаграмму кэша, т.е. число тактов синхронизации для передачи данных в кэш и из кэша.

Очевидно, производительность кэша сильно зависит от скорости, на которой работает подсистема кэша. В типичном РС с процессором Pentium этой скоростью является скорость шины памяти 66 или 100 МГц. Однако в процессоре Pentium Pro есть интегрированный L2-кэш, который работает с полной скоростью процессора, например 180 или 200 МГц. Для процессора Pentium II применяется L2-кэш на дочерней плате, который работает на половинной скорости процессора.

Емкость кэша

Под емкостью кэша обычно понимается емкость его памяти данных, в которой хранится содержание ячеек памяти. В типичном РС емкость L2-кэша составляет 512 КБ или 1024 КБ, но может доходить и до 2 МБ. Емкость внутреннего L1-кэша обычно составляет от 16 КБ до 64 КБ.

Чем больше емкость кэша, тем более вероятней регистрация попадания при обращении к памяти, так как одну и ту же строку кэша разделяют меньше ячеек системной памяти. Рассмотрим прежний пример РС, имеющего память 64 МБ, кэш с прямым отображением 512 КБ и 32-байтовые строки памяти. При этом получается, что есть 16 384 строк кэша (512 К, деленные на 32). При увеличении емкости кэша до 1 МБ получится 32 768 строк кэша и каждую будут разделять 2048 адресов. Если же оставить кэш 512 КБ и увеличить системную память до 256 МБ, то каждую из 16 384 строк кэша будут разделять 16 384 адреса.

Если имеется кэш 256 КБ и системная память 32 МБ, то увеличение кэша на 100% до 512 КБ приведет к повышению коэффициента попаданий менее чем на 10%. Повторное удвоение емкости повысит коэффициент попаданий менее чем на 5%. На практике такое различие для большинства пользователей почти незаметно. Однако при увеличении емкости системной памяти целесообразно увеличить и емкость кэша, чтобы предотвратить снижение производительности. Но при этом необходимо учитывать кэшируемость (cacheability) системного RAM.

Кэшируемость системного RAM

Кэшируемость системного RAM оказывается наиболее запутанной характеристикой подсистемы кэша. Емкость RAM, которую может кэшировать система очень важен при необходимости использовать большую память. Почти все РС пятого поколения способны кэшировать системную память 64 МБ. Однако многие РС, даже новые, не могут кэшировать более 64 МБ. Популярные чипсеты 430FX ("Triton I"), 430VX (один из "Triton II"s, называемый также "Triton III") и 430TX не могут кэшировать больше 64 МБ системной памяти, а РС с этими чипсетами выпущено многие миллионы штук.

Если увеличить память сверх предела кэшируемости, производительность ухудшится. Когда часть памяти не кэшируется, система должна обращаться к памяти при каждом обращении к некэшируемой области, которая намного медленнее кэша. Кроме того, при работе с мультизадачной операционной системой невозможно управлять, где заканчивается кэшируемая память и начинается некэшируемая память.

На емкость кэшируемой памяти влияет чипсет и ширина тэговой памяти. Чем больше памяти в РС, тем больше линий адреса необходимо для определения адреса. Это означает, что приходится хранить больше битов адреса в тэговой памяти, чтобы проверять регистрацию попадания. Разумеется, если чипсет не рассчитан на кэширование более 64 МБ, расширение тэговой памяти совершенно не поможет.

Наиболее популярным чипсетом, поддерживающим кэширование сверх 64 МБ, является 430HX ("Triton II") фирмы Intel. Отметим, что кэширование сверх 64 МБ считается для него необязательным (optional) и производитель материнской платы должен обеспечить использование 11-битовой тэговой памяти вместо принимаемой по умолчанию 8-битовой. Дополнительные три бита увеличивают кэшируемость с 64 МБ до 512 МБ.

Многие пользователи путаются в емкости системной памяти и кэшируемости. Часто полагают, что увеличение кэша позволит кэшировать большую память, но реально кэшируемостью управляют тэговая память и чипсет.

Процессор Pentium Pro использует встроенный L2-кэш с тэговой памятью, поэтому здесь вопрос о кэшируемости не стоит - процессор будет кэшировать системную память емкостью до 4 ГБ. Процессор Pentium II использует дочернюю плату SEC и может кэшировать до 512 МБ.

Часто спрашивают - "насколько замедляется система при использовании большей системной памяти, чем она может кэшировать?" Простого ответа на этот вопрос нет, так как он зависит от РС и того, что на нем выполняется. Наиболее вероятное ухудшение производительности составляет от 5% до 25%. Специально подчеркнем, что избежать сильного замедления можно добавлением реальной физической памяти, чтобы система не использовала виртуальной памяти. При напряженной мультизадачности и "пробуксовке" системы всегда лучше иметь больше памяти, даже некэшируемой, а не заставлять систему обращаться к намного более медленному жесткому диску. Но, разумеется, предпочтительней иметь всю память кэшируемой.

Интегрированный кэш и отдельные кэши данных и команд

Большинство (практически все) L2-кэшей работают с данными и командами процессора (программы). Они не различают их, считая просто адресами памяти. Однако во многих процессорах применяется разделенный L1-кэш. Например, в "классическом" процессоре Pentium (P54C) имеется кэш 8 КБ для данных и отдельный кэш 8 КБ для команд. При этом повышается эффективность благодаря конструкции процессора, но незначительно влияет на производительность по сравнению с единым кэшем 16 КБ. Каждый из отдельных кэшей может иметь различные характеристики, например использовать разные способы отображения, как в процессоре Pentium Pro.

Способы отображения

На эффективность кэша, т.е. коэффициент попаданий и скорость, влияет способ отображения. Мы уже рассматривали их и вкратце упомянем три способа отображения:

• Кэш с прямым отображением (direct mapped cache): Каждая ячейка памяти отображается на единственную строку кэша; только один из множества адресов, разделяющих эту строку, может использовать ее в любой момент времени. Это простейший способ отображения. Схемы для проверки попадания оказываются несложными и быстрыми, но коэффициент попаданий хуже, чем в других способах отображения. В системном кэше на материнской плате обычно применяется именно этот способ отображения.
• Полностью ассоциативный кэш (fully associative cache): Любая ячейка памяти может кэшироваться в любой строке кэша. Это самый сложный способ отображения, который требует для проверки попадания сложных алгоритмов поиска. Поиск может замедлить работу кэша, но этот способ теоретически обеспечивает наилучший коэффициент попадания, так как предоставляет максимум вариантов для кэширования любого адреса памяти.
• N-направленный ассоциативный по множеству кэш (N-way set associative cache): Здесь число "N" обычно равно 2, 4, 8 и т.д. Этот компромиссный кэш разбивается на множества по "N" строк каждое и любой адрес памяти можно кэшировать в любой из этих "N" строк. При этом повышается коэффициент попаданий по сравнению с прямо отображенным кэшем и уменьшается сложность поиска, так как "N" обычно невелико. Обычно в L1-кэше используется 2- или 4-направленный ассоциативный по множеству кэш.

Политика записи

Политика записи кэша определяет, как он выполняет записи в ячейки памяти, которые в данное время находятся в кэше. Напомним, что имеются две политики записи:

• Кэш с обратной записью (write-back cache): Когда система записывает в ячейку памяти, содержащуюся в кэше, запись новой информации производится только в соответствующую строку кэша. Когда строка кэша требуется для какого-то другого адреса памяти, измененные данные "обратно записываются" (written back) в системную память. Такой кэш имеет лучшую производительность по сравнению с кэшем со сквозной записью, ускоряя продолжительные операции циклы записи в системную память.
• Кэш со сквозной записью (write-through cache): Когда система записывает в ячейку памяти, содержащуюся в кэше, запись одновременно производится в соответствующую строку кэша и саму ячейку памяти. Такое кэширование обеспечивает меньшую производительность, чем кэширование с обратной записью, но его проще реализовать и обеспечивается полная согласованность, так как содержание кэша всегда согласовано с содержанием основной памяти, чего может не быть в кэше с обратной записью.

На практике применяются обе разновидностей кэшей, но в новых РС преобладает кэш с обратной записью.

Транзакционный (неблокирующий) кэш

Большинство кэшей могут удовлетворять одновременно только по одному запросу. Если инициируется запрос к кэшу и зарегистрирован промах, кэш должен ожидать данных из памяти и на это время он "блокируется". Неблокирующий кэш (non-blocking cache) может обрабатывать другие запросы, в процессе ожидания данных из памяти при промахе.

L2-кэши процессоров Pentium Pro и Pentium II могут управлять четырьмя одновременными запросами. Для этого реализованы транзакционная архитектура (transaction-based architecture) и введена специальная задняя шина (backside bus), которая не зависит от шины основной памяти. Такую архитектуру фирма Intel называет сдвоенной независимой шиной (Dual Independent Bus - DIB).

Технологии передачи кэша и временная диаграмма

Одним из наиболее важных факторов, прямо влияющих на производительность L2-кэша, является технология передачи информации в процессор и из процессора. Имеются три основных типа технологии кэша на материнских платах; используемая системой технология определяется возможностями чипсета, в частности, контроллера кэша.

Под временной диаграммой (timing) понимается число тактов синхронизации, необходимое для передачи данных в/из кэша или процессора и оно зависит от нескольких факторов, в частности, от применяемой технологии. При рассмотрении сложной временной диаграммы приходится учитывать различные характеристика процессора, кэша, системной памяти, чипсета и др. Однако, в общем, чем меньше тактов занимает передача, тем быстрее система.

Пакетизация кэша

В типичном L2-кэше каждая строка кэша состоит из 32 байтов и в передаче участвуют все эти 32 байта. Однако обычный тракт передачи в РС пятого и шестого поколения имеет ширину всего 64 бита, поэтому приходится последовательно выполнять четыре передачи. Поскольку передачи осуществляются из соседних ячеек памяти, не нужно определять адреса после указания первого, поэтому второе, третье и четвертое обращения выполняются очень быстро.

Такой способ быстрого доступа называется пакетизацией (bursting) или работой в пакетном режиме. Этот способ применяется практически во всех L2-кэшах. Временная диаграмма обычно представляется в виде "x-y-y-y". Например, в диаграмме "3-1-1-1" первое считывание занимает 3 цикла, а следующие три по одному циклу. Ясно, что чем меньше эти числа, тем лучше.

Примечание: Эта ситуация напоминает пакетные передачи системной памяти, но они выполняются быстрее.

Асинхронный кэш

В асинхронном кэше реализована самая неэффективная временная диаграмма. Асинхронность означает, что передачи не "привязаны" к сигналам системной синхронизации. Запрос выдается в кэш и кэш реагирует, причем происходящее не зависит от того, что делает системная синхронизация (на шине памяти). Ситуация аналогична работе системной памяти FPM или EDO.

Так как асинхронный кэш не "привязан" к системной синхронизации, повышение ее частоты может вызвать проблемы. На частоте 33 МГц может быть реализована временная диаграмма 2-1-1-1 (что очень хорошо), но на частоте 66 МГц она принимает вид 3-2-2-2 (что довольно плохо). Поэтому асинхронный кэш в РС с процессорами Pentium не применяется.

Синхронный пакетный кэш

В отличие от асинхронного кэша, который работает независимо от системной синхронизации, синхронный кэш "привязан" к тактам шины памяти. В каждом такте системной синхронизации можно производить передачу в/из кэша (если он готов к этому) В результате можно поддерживать более высокую скорость передач по сравнению с асинхронным кэшем. Однако, чем быстрее работает система, тем более быстродействующими должны быть микросхемы SRAM. В противном случае могут возникать различные проблемы, например зависание.

На очень высоких скоростях даже такой кэш замедляется. Например, он может иметь диаграмму 2-1-1-1 на частоте 66 МГц, но на более высокой частоте, например 100 МГц, она растягивается до 3-2-2-2. Синхронный пакетный кэш не получил широкого распространения, так как лучшими характеристиками обладает конвейерно-пакетный кэш.

Конвейерно-пакетный кэш

Конвейеризация широко применяется в процессорах для повышения производительности и в конвейерно-пакетном кэше (Pipelined Burst - PLB) она используется аналогичным образом. В PLB-кэше введены специальные схемы, которая позволяет частично одновременно выполнить четыре передачи данных в "пакете". В сущности, вторая передача начинается до завершения первой передачи.

Из-за сложности схемы первоначально требуется несколько больше времени на настройку "конвейера". Поэтому PLB-кэш несколько медленнее синхронного пакетного кэша при начальном считывании, требуя 3 такта синхронизации вместо 2 для синхронного кэша. Однако параллелизм позволяет PLB-кэшу пакетировать в одном такте синхронизации остальные 3 передачи даже при очень высокой частоте синхронизации, например реализовать диаграмму 3-1-1-1 при скорости шины 100 МГц. PLB-кэш стал стандартом почти для всех высококачественных материнских плат с процессором Pentium.

Сравнение производительности различных технологий передачи данных

В следующей таблице приведена теоретическая максимальная производительность системы для различных технологий кэша в зависимости от скорости шины. Слово "теоретическая" подчеркивает достижимость этой производительности только при при поддержки скорости шины чипсетом, наличии достаточного быстрого кэша и пр. Отметим, что хотя асинхронный пакетный кэш обеспечивает лучшую производительность с частотой шины 60 и 66 МГц, он применяется реже конвейерно-пакетного кэша:

Скорость шины (МГц)
Асинхронный кэш
Синхронный пакетный кэш
Конвейерно-пакетный кэш

Структура и конструктивное оформление кэша

Имеется множество конструктивных оформлений системного кэша, которые рассматриваются в данном разделе. Используемое в конкретном РС оформление зависит от процессора, чипсета и материнской платы.

Интегрированный L2-кэш

Процессор Pentium Pro выпускался с интегрированным (встроенным) L2-кэшем. Корпус, который вставляется в материнскую плату, фактически содержит две микросхемы - сам процессор с L1-кэшем и L2-кэш емкостью 256 КБ, 512 КБ или 1 МБ. При этом L2-кэш работает не с частотой шины, а с внутренней частотой синхронизации процессора, что повышает производительность. Упрощается и настройка РС, так как все вспомогательные схемы находятся внутри корпуса.

К сожалению, при такой реализации для повышения емкости кэша приходится заменять процессор. Эти процессоры были довольно дорогими из-за технологических сложностей производства (весь кэш на одном большом кристалле). Кроме того, дефекты в L2-кэше часто не обнаруживаются до полной сборки процессора, поэтому в случае дефектного кэша приходилось выбрасывать весь процессор. По всем этим причинам в последующих процессорах Pentium интегрированный кэш не применяется.

Кэш на дочерней плате

Начиная с процессора Pentium II, появилось новое конструктивное оформление, называемое Single Edge Contact (SEC). Интегрированный кэш процессора обеспечивал высокую производительность, но оказался слишком дорогим. Кэш на материнской плате обычных процессоров Pentium был простым и дешевым, но имел относительно низкую производительность. Корпус SEC является компромиссом, когда процессор и кэш монтируются вместе на небольшой дочерней плате (daughterboard), которая вставляется в материнскую плату. Такой прием сильно снижает стоимость производства, дефектный кэш не влечет выбрасывания процессора.

Такой кэш работает быстрее кэша на материнской плате, но медленнее интегрированного кэша, т.е. оказывается компромиссным между ними. L2-кэш с процессором Pentium II работает на половинной частоте процессора, например при частоте процессора 266 МГц частота работы кэша составляет 133 МГц, что лучше частоты шины памяти 66 МГц. L2-кэш для процессоре Pentium II является неблокирующим, как и кэш процессора Pentium Pro.

Примечание: Несмотря на схожесть архитектур процессоров Pentium II и Pentium Pro, из-за конструктивных ограничений кэш процессора Pentium II кэширует только первые 512 МБ системной памяти, а процессора Pentium Pro - до 4 ГБ системной памяти.

Кэш на материнской плате

Чаще всего микросхемы кэша размещаются прямо на материнской плате. В старых платах несколько микросхем SRAM вставлялись в сокеты, а в новых платах 1 - 4 микросхемы впаяны в материнскую плату. Если микросхемы кэша вставляются в сокеты, можно добавить микросхемы для увеличения емкости памяти данных кэша. Некоторые материнские платы поддерживают кэш с вмонтированными микросхемами и модуль COASt. Чтобы использовать оба типа кэша, требуется изменить положение перемычки на материнской плате.

Модули COASt

На некоторых материнских платах применяется конструктив кэша, называемый COASt (Cache On A Stick - буквально "кэш на палочке"). Модуль COASt представляет собой небольшую схемную плату, похожую на модуль памяти SIMM и содержащую микросхемы SRAM. Он вставляется в специальный сокет на материнской плате, часто называемый CELP (Card Edge Low Profile). Некоторые материнские платы используют для кэша только этот сокет, другие имеют только кэш на материнской плате, а третьи - используют оба типа кэша. В последнем случае используемый кэш определяется перемычкой, но некоторые материнские платы автоматически обнаруживают имеющийся модуль COASt.

Сокет CELP мог стать стандартом для разнообразных модулей COASt, но этого не случилось. Несмотря на стандартно звучащие названия, например "COASt V1.2", нельзя полагать, что любой из старых модулей COASt будет работать на плате.

Примечание: Модуль COASt часто содержит не только больше памяти данных, но и большую тэговую память, позволяющую кэшировать больше системной памяти.

Что значит очистить кэш: зачем его очищать + 3 способа очистить компьютер + очистка кэша 4 видов браузеров + 2 способа очистить память на Android + 3 способа почистить iPhone.

Компьютеры, планшеты, телефоны нуждаются в грамотной эксплуатации и технической поддержке, если вы хотите, чтобы их работа была правильной, быстрой и бесперебойной.

К одной из важнейших манипуляций для поддержания ПК «в форме» относится решение очистить кэш.

Давайте рассмотрим, что значит очистить кэш , и как это сделать на разных браузерах и операционных системах.

Что такое кэш?

Кэш – это сверхоперативная память (буфер) для временных данных с высокой скоростью доступа и ограниченным объемом.

Он нужен для ускорения обращения к данным, которыми используют часто. Кэширование используется центральным процессором ПК, жесткими дисками, браузерами.

Кэш браузера – хранилище временных данных, загруженных из сетевых ресурсов. Интернет-обозреватель сохраняет временные документы на винчестере ПК.

Когда в браузере просматриваются страницы из интернета, он автоматически сохраняет некоторые части страницы на память компьютера для того, чтобы при повторном просмотре страницы взять данные не с сервера сайта, а из памяти системы, что в разы увеличивает скорость открытия страницы.

Работу процесса кэширования легко проверить.
Откройте любой новый для браузера сайт, затем закройте его.
При повторном открытии сайт загрузится значительно быстрее, чем в первый раз.

Интернет-обозреватель кэширует не все файлы и данные. Это зависит от настроек каждого сайта, которые выставляет веб-мастер.

Что значит очистить кэш?

Процесс очистки подразумевает удаление временных файлов, сохраненных при работе с данными, сайтами. Что значит «очистить кэш»? Стереть все графические и текстовые файлы.

В следующей сессии работы браузера он снова будет брать информацию с сервера сайта, и снова будет сохранять полученные данные в память системы.

Зачем чистить кэш?

Так как временные документы сохраняются на винчестере компьютера, со временем они занимают лишнее место, что влияет на скорость работы операционной системы.

Это отражается как на работе самого компьютера, так и на работе браузера.

Если используются несколько браузеров, каждый из них сохраняет данные в память системы, то таким образом, информация дублируется.
Соответственно, занимает больше места.

Есть еще одна причиной, по которой необходимо чистить память: вытягивая данные с жесткого диска, а не с сервера, интернет-обозреватель может не показывать обновления, произошедшие на сайте.

Как очистить кэш на компьютере?

Чистку ненужных файлов компьютера нельзя назвать простой процедурой, в отличие от аналогичной чистки браузера.

Но если ваш ПК стал подвисать, с большой вероятностью можно сказать, что такая чистка поможет вернуть ему быстродействие.

Рассмотрим процесс удаления временных документов для самой популярной операционной системы – Windows.

При чистке можно использовать встроенные инструменты или специальные программы. Стандартная чистка инструментами Windows считается более эффективной, но требует больше времени и навыков.

Стандартная очистка Windows состоит из 3 пунктов:

• очистить кэшированную память DNS (система для получения информации о доменах);
• удаление кэшированных файлов из thumbnails (папка с эскизами просмотренных изображений);
• очистить кэш-память.

а) Очистить DNS кэш

Чистка DNS кэша производится с помощью командной строки. Зайдите в «Пуск», выберите «Все программы», после «Стандартные», из выпавшего меню откройте «Командная строка».

В появившуюся программу впишите команду «ipconfig /flushdns» без скобок.

В итоге компьютер сам очищает DNS от ненужных данных.

b) Чистка thumbnails кэша

Чистка thumbnails кэша делается с помощью стандартной программы.

Для ее запуска пройдите такой путь:

1. Зайдите в меню «Пуск ».
2. Найдите в нем «Все программы ».
3. Затем «Стандартные программы ».
4. Потом «Служебные ».
5. И наконец «Очистка диска ».

Вы увидите окошко «Выбор диска ». Выбираете жесткий диск, на котором находится ОС Windows (как правило, на диске С).

Теперь ваш thumbnails кэш пуст.

c) Очистить кэш-памяти

Еще один способ удалить ненужные временные документы с компьютера

показан в видеоролике:

И не забывайте чистить «Корзину», данные в ней тоже могут занимать много места.

d) Специальные программы для очистки кэша

Для очистки ненужных данных в «оперативке» компьютера удобно пользоваться специальными программами.

Разработано таких сервисов много, но наиболее популярной является Ccleaner.

Эта программа бесплатная. Найти ее в интернете и загрузить на компьютер не составит труда.

Официальный сайт разработчиков, с которого тоже можно скачать бесплатную версию программы: http://www.piriform.com/CCLEANER

Также можно воспользоваться онлайн-версией без установки на ПК.

Чтобы почистить ПК средствами Ccleaner, откройте программу на вкладке «Очистка».

На вкладке «Windows» можно выбрать данные, которые необходимо удалить. Обычно автоматическая настройка достаточно точно определяет такие документы.

Программа удалит ненужные файлы с компьютера, включая те, что сохранены интернет-обозревателями, и из прочего программного обеспечения.

Кликните на кнопку «Анализ» и дождитесь его окончания. После этого нажимайте «Очистка».

Как очистить кэш браузера?

Если необходимости удалить все временные документы с компьютера нет, то можно просто почистить память интернет-обозревателей. Для разных интернет-обозревателей методы очистки немного отличаются.

1) Как очистить память в Internet Explorer?

На панели задач или в основном меню найдите «Сервис» и далее «Свойства обозревателя».

В появившемся окне вам нужна вкладка «Общее», где есть область «История просмотра». В ней кнопочка «Удалить…». Кликнув на эту кнопку, вы увидите появившееся окно со списком документов для утилизации.

Необходимые файлы уже выбраны автоматически, но вы можете самостоятельно отметить, какие данные следует удалить. После нажатия на кнопку «Удалить» временные документы будут стерты.

2) Очистка памяти в Firefox

На основном экране откройте «Настройки». В появившемся окошке найдите «Дополнительные» и зайдите в «Сеть».

В этой вкладке есть область «Кэшированное веб-содержимое» с кнопочкой «Очистить сейчас». Жмете на нее, и Firefox запустит анализ и сотрет ненужное.

3) Чистка памяти в Google Chrome

В Google Chrome найдите «Инструменты», потом «Показать дополнительные настройки».

В некоторых версиях интернет-обозревателя путь такой: «Дополнительные инструменты» — «Удаление данных о просмотренных страницах».

Выбрав этот пункт, вы увидите окошко «Очистить историю».

Выставьте период утилизации «За все время» и выберите «Файлы куки и другие данные с сайтов» и «Изображения, сохраненные в кэше». В конце вам нужно нажать «Очистить историю».

4) Очистка памяти в Опере

Зайдите в раздел «Настройки». В появившемся окошке откройте вкладку «Безопасность». Здесь есть область «Конфиденциальность» с кнопочкой «Очистить историю посещений», жмите на нее.

В появившемся окне следует выбрать период «С самого начала» и отметить, какие данные необходимо утилизировать. Нажимайте на «Очистить историю посещений». Готово.

Как очистить кэш в телефоне?

Современные телефоны, точнее, смартфоны и планшеты нуждаются в таком же обслуживании, как и персональные компьютеры.

В них тоже нужно утилизировать ненужные документы. И делать это следует чаще, чем на ПК, так как объемы «оперативки» меньше и система быстро начинает подтормаживать.

1) Очистка памяти на Android

В операционной системе Android есть 3 вида кэшированной памяти:

• dalvik-Cache – здесь хранятся оптимизированные файлы приложений;
• системный кэш – на него записываются файлы системных программ;
• кэш приложений – тут сохраняются файлы таких приложений, как интернет-обозреватели, игры и прочее.

Чтобы их почистить, можно использовать несколько методов: вручную с помощью стандартной встроенной утилиты или используя дополнительное программное обеспечение.

Способы очистки памяти на Android:

Для примера рассмотрим программу Clean Master:

Как удалить временную «оперативку» с помощью программы CCleaner

смотрите в видеоролике:

2) Очистка кэша на iPhone

Не забывайте периодически очищать ваш компьютер и телефон от временных файлов, ведь теперь вы знаете, что значит очистить кэш – освободить место и облегчить работу системе, повысив тем самым ее производительность и скорость.

Здравствуйте, уважаемые читатели блога сайт. Что такое кэш? Это на самом деле довольно простое и в то же время довольно-таки многообразное понятие.

Представьте, что начальник подошел к вашему столу и передает документы, которые вы должны посмотреть и что-то там с ними сделать. Будет ли он стоять рядом с вами и отдавать их по одному, ожидая их обработки в реальном времени?

Вряд ли. Скорее всего он положит их вам на стол и пойдет дальше, а вы уже будете их брать из стопки по одному и обрабатывать. Такая стопка и будет являться прообразом кэша (промежуточного буфера). Служит он для ускорения общего процесса обработки информации между системами работающими с разными скоростями.

Что такое кеш и где он используется?

Где может использоваться кэш ? На самом деле во многих областях. Сегодня мы будем говорить в основном про кеширование, а точнее про очистку кэша в браузерах, но применяется промежуточный буфер и в компьютерной технике.

Смотрите. В любом компьютере есть центральный процессор, который работает чудовищно быстро и особенно эта разница заметна, когда мы сравним его возможности с возможностями жесткого диска. Это одно из самых медленных устройств в компьютере, и если процессор будет всегда ожидать данные для обработки непосредственно с этого «тормоза», то работать в операционной системе будет практически невозможно, ну или во всяком случае не комфортно.

Что же делать? Тут нам как раз и приходит на помощь кэш, в роли которого выступает оперативная память. Она не умеет как жесткий диск хранить данные после отключения питания, но зато она быстрее его в десятки раз. Вот именно поэтому она и выступает в роли кеша (промежуточного буфера), в который все запущенные в ОС программы загружают наиболее часто используемые данные, чтобы максимально снизить число обращений к диску.

Это был пример кэша на программном уровне , но ведь скорость процессора по-прежнему чудовищно высока и даже оперативная память для него слишком медлительна. Что же делать? А тут нам опять на помощь приходит кеш, но уже выполненный в «железе». У современных процессоров имеются области, отводимые под кеш (складирование фрагментов информации, взятой из оперативки для подгрузки их в процессор).

Причем этих самых уровней кэша в процессоре может быть аж штуки три — внешний (самый большой и медленный) для разговора на одном языке с оперативкой, внутренний (самый маленький и быстрый) для общения на сверхскоростях центрального процессора, ну и средний (во всем). Эти уровни кэша обычно располагаются с процессором на одном кристалле.

Ах, да. Если вы вебмастер, то наверняка слышали про кеширование в движках сайтов , на подобии Joomla, WordPress и других. Что это такое? Дело в том, что любой движок собирает вебстраницу, к которой обратился пользователь, буквально налету, что серьезно нагружает сервер, где этот сайт размещается и снижает скорость работы ().

Поэтому умные люди придумали использовать кеш, где хранятся уж собранные вебстраницы. В этом случае страницы сайта будут пересоздаваться заново только тогда, когда обновится их содержание или когда вы принудительно сбросите кэш (речь не идет об , а именно про содержимое веб-страницы). Читайте про и , если вам это интересно.

Кэширование в браузерах

Но самое для нас с вами, уважаемые читатели, воплощение кеша — это, конечно же, кеширование вебстраниц браузером (читайте про то, и ). Зачем это нужно и чем этот кэш принципиально отличается от описанного выше? Отличается сильно, хотя суть его работы остается прежней — увеличивать скорость передачи информации.

Это позволяет вам даже при слабом интернет канале довольно быстро работать со страницами одного и того же сайта. Кроме этого, кэширование вебстраниц позволяет вам существенно экономить трафик. Пусть это и не имеет особого значения при безлимитном подключении, но зачастую мобильный трафик оплачивается помегабайтно, а значит кэш позволит вам немного сэкономить.

Кешироваться могут как вебстраницы целиком (что используется редко), так и их отдельные фрагменты. Помните я говорил, что почти все современные сайты состоят из содержимого, заключенного в теги языка Html (читайте ), и отдельный файлик со стилевым оформлением (CSS) и джваскрипт кодом.

То же самое касается и изображений, которые используются на всех или какой-то части страниц сайта. Это могут быть элементы оформления (фотография в шапке, фоновая картинка, дизайнерские изыски, логотип и т.п. вещи). Все это, однажды попадая в кеш браузера, в дальнейшем уже будет браться именно из него.

Вот тут-то иногда и возникает проблема у начинающих вебмастеров. Внося некоторые изменения в дизайн сайта, вы можете не увидеть эти самые изменения в браузере, потому что он по-прежнему формирует вебстраницу на основе данных подгружаемых из кэша. Как же заставить браузер забыть на время про кеш и загрузить страницу и все ее составляющие заново с сервера?

Первое, что приходит в голову — это кликнуть по кнопке обновления на панели управления браузера или нажать на кнопку F5 на клавиатуре, что по сути одно и тоже.

Однако, это не всегда помогает. Поэтому можно чуть усложнить комбинацию и нажать Ctrl+F5 или же, удерживая нажатым Shift , можно кликнуть по кнопке обновления на панели управления в вашем браузере. В любом случае мы таким образом заставим браузер взять все элементы открытой вебстраницы заново с сервера, а не из кеша .

Однако бывают ситуации, когда даже такой способ сброса кэша не помогает и его нужно будет очистить полностью, т.е. удалить все файлы из временного хранилища, которое использует ваш браузер. Для разных типов обозревателей этот процесс может немного отличаться.

Кстати, другой причиной, побуждающей вас почистить кэш в Опере, Хроме, Мозиле, Интернет Эксплорере или Яндекс браузере, может быть и банальное нежелание оставлять следы своей интернет-деятельности на домашнем или рабочем компьютере. Ведь браузер кеширует не только картинки, текст и видео, но и Урл адреса по которым вы ходили.

Помните, в статье про я упоминал, что браузер умеет кэшировать данные полученные с ДНС серверов (соответствие доменных имен и IP адресов серверов, где эти самые сайты размещаются). В общем, желание очистить промежуточный буфер браузера может возникнуть по множеству причин.

Как сделать так, чтобы чистить кэш в браузере было не нужно?

Еще оговорюсь, что, вообще-то, за последние несколько лет во многие современные браузеры была добавлена функция анонимного серфинга по интернету, когда все данные кеша автоматически удаляются и ничего другого, что могло бы вас скомпрометировать в недрах обозревателя, не остается. Удобная штука. Я про нее подробно писал в своих статьях про:

А теперь, собственно, хочу перейти к вопросу о том, как почистить кэш во всех упомянутых выше браузерах.

Как очистить кэш в Опере, Хроме, Мозиле и Яндекс браузере?

Итак, приступим. В каждом браузере есть нюансы очистки, но для тех из них, что построены на основе (а точнее движка WebKit) будет все практически идентично. На этом движке сейчас работают Гугл Хром, Яндекс Браузер и Новая Опера. Но, обо всем по порядку.

Как почистить кэш в Опере

Как очистить кэш в Хроме и Яндекс Браузере?

Начнем с Google Chrome , хотя в браузере от Яндекса все примерно так же работает. Итак, в настройки, отвечающие за очистку кеша в этом браузере, можно попасть несколькими способами:

В обоих случаях откроется одно и то же окно очистки истории ваших блужданий по интернету с помощью браузера Хром:

Оно очень похоже на то, что мы только что видели при попытке почистить кеш в Опере. Здесь нужно выбрать период, за который вся история будет удалена, поставить галочку в поле «Очистить кэш» , ну и нажать на соответствующую кнопку внизу.

В случае Яндекс Браузера , последовательность действия будет практически такой же. Жмете либо на клавиши Ctrl+Shift+Delete, находясь в окне браузера, либо переходите из меню шестеренки в настройки и ищите кнопку «Очистить историю».

Откроется практически идентичное окно (с тем, что мы в Хроме и новой Опере наблюдали), где вы опять же поставите галочку и кликните по нужной кнопочке.

Как удалить кеш в Мозиле и Интернет Эксплорере?

В случае Мозилы (firefox) нам опять же нужно будет нажать сочетание клавиш Ctrl+Shift+Delete , либо выбрать из верхнего меню кнопки «Firefox» пункты «Журнал» — «Удалить недавнюю историю» .

В открывшемся окне достаточно поставить галочку в поле «Кэш», выбрать период, за который должна быть удалена историю из промежуточного буфера, ни и, собственно, нажать на кнопку «Удалить сейчас» :

В дело обстоит практически так же, как и у его текущих конкурентов. Для очистки истории посещенных страниц можно будет нажать уже знакомую нам комбинацию клавиш: Ctrl+Shift+Delete .

Либо можно выбрать из меню шестеренки (расположена вверху справа) пункты «Безопасность» — «Удалить журнал обозревателя»:

Также из выпадающего меню кнопки шестеренки можно будет выбрать пункт «Свойства обозревателя» .

В открывшемся окне нужно нажать на кнопку «Удалить» в области «История просмотра»:

В любом из этих трех вариантов откроется одно и то же окно, где нужно будет поставить галочку в строке «Временные файлы интернета» (это и есть пресловутый кэш) и нажать на расположенную внизу кнопку «Удалить».

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога сайт

Вам может быть интересно

История поиска и просмотров в Яндексе - как ее открыть и посмотреть, а при необходимости очистить или удалить Что такое cookie и как почистить куки в современных браузерах
Инкогнито - что это такое и как включить режим инкогнито в Яндекс браузере и Гугл Хроме Почему не загружается и не работает социальная сеть Одноклассники, а так же как ее открыть, если она заблокирована Устарел или не работает Adobe Flash Player - как обновить, удалить и установить бесплатный плагин флеш плеера последней версии Где находится буфер обмена и как его расширить Как сделать главную страницу Яндекса или Гугла стартовой, а также любую страницу (например, эту) установить как домашнюю Как установить (изменить) браузер используемый по умолчанию и сделать в нем Гугл или Яндекс умолчательным поиском Как удалить почту и почтовый ящик на Mail.ru, Яндексе и Gmail
Как удалить сообщение и всю переписку в Скайпе, можно ли изменить логин и удалить аккаунт Skype
Закладки в браузере Яндекса, Гугл Хром и Фаерфорс, а так же виртуальные онлайн-закладки

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.

Даже промежуточные результаты работы программы должны где-то храниться, чтобы их можно было использовать. Самые нужные лежат в оперативной памяти, откуда они быстро попадают в колесо программного цикла и используются для дальнейших расчётов. Оперативная память ограничена, её мало, и нужна она постоянно, поэтому постоянно очищается. А некоторая часть информации, ещё необходимая в будущем, сохраняется в файлы и хранится на жёстком диске компьютера. Такие файлы называются временными. Они накапливаются, занимают место, и их нужно удалять, чтобы они не мешали работе компьютера. Так какими же способами пожно почистить кэш в Windows 7?

Что такое кэш-память на компьютере?

Кэш-память хранит самые важные временные файлы, которые могут понадобиться в ближайшее время. Например, когда вы смотрите видео в интернете, оно постепенно загружается и содержится в кэш-памяти браузера до тех пор, пока вы не закончите. Затем видео удаляется за ненадобностью. Так что, по сути, включая фильм в интернете, вы всё равно скачиваете его на компьютер и удаляете после просмотра.

Кэш-память используется и в Windows. Обычно там хранятся результаты вычислений программ. Обычно кэш своевременно удаляется, но есть виды, которые накапливаются и захламляют систему, потому что компьютер не может определить, нужна ли ещё эта информация или уже нет. Есть четыре вида кэш-памяти, которые нуждаются в постоянной очистке.

DNS-кэш, который хранит запросы компьютера к другим серверам сети . Необходим для того, чтобы не тратить время на повторные обращения, вся необходимая информация хранится в кэш-памяти. Когда нужно полностью обновить данные с сервера, тогда меняется и DNS-кэш. Соответственно, сами собой данные не удаляются, поэтому даже ненужные сохраняются там.

Thumbnail-кэш. Thumbnail дословно переводится как «ноготь большого пальца», а образно обозначает в английском языке миниатюры картинки, превью или эскизы. Компьютер сохраняет в кэш-памяти иконки картинок, видеофайлов или значков программ, поэтому прогружает миниатюры во второй раз значительно быстрее. Но если сами картинки уже удалены, их миниатюры из кэша не исчезают.

Кэш оперативной памяти . Сама оперативная память тоже хранит в себе временные файлы по технологии cache. И некоторые файлы не очищаются из-за ошибок или багов.

Кэш браузера. Уже было упомянуто о кэшировании видео для онлайн-просмотра, но это не всё. Каждая картинка, элементы дизайна, анимация на сайтах сохраняются в кэш-память. Часть веб-страниц полностью хранится во временной памяти, чтобы сократить время их прогрузки. Всё это накапливается, и даже уже неиспользуемые сайты продолжают занимать место.

Как произвести очистку кэш-памяти?

DNS (ДНС)

DNS (Domain Name System, дословно - система доменных имён) — своеобразная адресная книга интернета. Дело в том, что компьютер не сможет по символьным адресам (типа yandex.ru) найти нужный сервер, к которому он должен обратиться. Компьютер понимает только язык ip-адресов. Сервера DNS, которых, кстати говоря, очень много, хранят в себе соответствие ip буквенному адресу. Пользователь, вводя запрос в поисковик или адресную строку, посылает сигнал сначала DNS-серверу, который находит соответствующий ip-адрес и посылает его компьютеру, чтобы тот смог загрузить искомую веб-страницу.

Кэш DNS чистится с помощью командной строки. Чтобы открыть её, нажмите Win + R (программа «Выполнить») и введите в поле cmd. Или откройте «Пуск», пройдите в раздел «Стандартные» и запустите командную строку.

В командной строке введите: ipconfig /flushdns

Появится строчка «Успешно сброшен кэш распознавателя DNS». DNS-кэш очищен.

Введите команду ipconfig/flushdns

Видео: как очистить DNS-кэш на Windows 7 и XP

Чистка Thumbnail

Thumbnail-кэш можно очистить стандартной утилитой «Очистка диска». Чтобы запустить её, откройте «Панель управления» -> «Система и безопасность» -> «Администрирование» -> «Очистка диска».

В программе выберите диск, который нуждается в очистке. Чтобы удалить Thumbnails, отметьте системный диск (обычно это C:\). Затем поставьте галочки напротив тех файлов, которые нужно удалить (найдите в списке пункт Thumbnails, чтобы удалить эскизы). Нажмите «ОК» и подождите некоторое время. Thumbnail-кэш очищен.

Отметьте «Thumbnail», чтобы удалить Thumbnail-кэш

В Windows есть возможность отключить thumbnail-кэш, тогда иконки не будут сохраняться во временную память и их прогрузка станет дольше, но это сэкономит вам бесценное место в кэш-памяти.

Откройте «Панель управления», в разделе «Оформление и персонализация» выберите «Свойства папки» (или «Параметры папки»). Во вкладке «Вид» будет перечень опций. Найдите среди них пункт «Не кэшировать эскизы» и поставьте галочку.

Отметьте галочкой «Не кэшировать эскизы»

Нюансы для оперативной памяти

Так как кэш оперативной памяти стоит очищать регулярно, есть смысл облегчить процесс. Создадим ярлык, который будет отправлять нас к программе, очищающей временные файлы. Итак, нажмите правой кнопкой мыши на свободном месте рабочего стола и в меню выберите пункт «Создать», затем «Ярлык». Теперь узнайте разрядность вашей версии системы (откройте «Компьютер», кликните правой кнопкой мыши на свободное пространство, выберете «Свойства системы», а там будет указано: 32- или 64-разрядная система).

Введите строчку в зависимости от разрядности вашей ОС

В зависимости от вашей версии введите в поле одну из следующих строк:

• Для 32-разрядной системы: %windir%\system32\rundll32.exe advapi32.dll,ProcessIdleTasks
• Для 64-разрядной: %windir%\SysWOW64\rundll32.exe advapi32.dll,ProcessIdleTasks

Нажмите «Далее», назовите ярлык по своему усмотрению и сохраните его. Теперь каждый раз, когда вы запустите этот ярлык, система проанализирует программные процессы и удалит неиспользуемую часть оперативной памяти. В перспективе регулярная чистка поможет улучшить быстродействие вашего компьютера.

Запустите созданный ярлык

Как почистить браузер?

Кэш каждого браузера чистится отдельно. Рассмотрим действия на примере Google Chrome.

Откройте «Настройки»

Откройте меню, нажав кнопку в правом верхнем углу (☰). Откройте «Настройки». Пролистайте страницу вниз до самого конца и откройте дополнительные настройки. В «Личных данных» найдите кнопку «Очистить историю». Откроется окошко со списком опций. Отметьте «Очистить <…>, сохранённые в кэше». Нажмите «Очистить». Через некоторое время все временные файлы удалятся.

Очистите кэш

Как удалить все временные файлы с помощью программ?

Чтобы не возиться с каждым типом кэш-памяти отдельно, воспользуйтесь специальными программами. Отличный пример - CCleaner.

Скачайте её с официального сайта . У CCleaner есть мощная бесплатная версия, которой достаточно для основных действий. Покупка платной версии здесь скорее пожертвование разработчикам, нежели реальная необходимость.

В окне программы выберите раздел «Очистка». Отметьте галочками все пункты, которые нужно очистить. Нажмите «Анализ», чтобы программа осмотрела компьютер и выявила весь ненужный мусор, среди которого будет и неиспользуемый кэш. Теперь нажмите «Очистить», и через несколько минут программа удалит весь найденный программный хлам. Помимо кэша она очистит и неиспользуемые временные файлы, буфер обмена, дампы памяти, пути загрузки, cookie-файлы браузера, адреса, журналы посещений, файлы index.dat и много чего ещё. А если открыть вкладку «Реестр», то можно почистить и реестр Windows, что скажется благополучно на быстродействии системы.

Нажмите «Анализ», а затем «Очистить»

Возможные проблемы

Файлы в кэш-памяти не удаляются

Если какая-то программа прямо сейчас использует временные файлы из кэш-памяти, то удалить их не получится . Обычно тогда появится сообщение о том, что файл используется такой-то программой. Откройте диспетчер задач, остановите процесс, использующий файл, и тогда очистите кэш-память.

Не удаляется кэш браузера

Кэш браузера также может использоваться, поэтому иногда при попытке удалить временные файлы появляется ошибка или браузер зависает . Попробуйте закрыть все вкладки и перезагрузить браузер. Ошибки должны исчезнуть. В крайнем случае можно попробовать переустановить браузер.

Итак, мы разобрались, как чистить кэш в операционной системе Windows 7. В постоянной очистке нуждаются временные файлы DNS, эскизы картинок и иконок, неудалённый кэш оперативной памяти и кэш браузера. Вообще временные файлы накапливаются в кэш-памяти всех программ. Но большинство из них имеет незначительный размер и не сильно загружает систему. Но если вы хотите очистить абсолютно весь мусор, воспользуйтесь программами типа CCleaner, которые уберут и ненужные файлы, и другой системный мусор.