Bộ nhớ truy cập nhanh tên là gì

Cache là gì? Thành phần, đặc điểm, cách thức hoạt động, vai trò của bộ nhớ cache trong Computing là gì? CùngBizfly Cloud tìm hiểu chi tiết hơn qua bài viết sau để có cái nhìn cụ thể về bộ nhớ đệm có chức năng chính là lưu trữ dữ liệu tạm thời này.

Bạn đang xem: Bộ nhớ truy cập nhanh

1.Cache là gì?

Cache[phát âm là CASH] là phần cứng hoặc phần mềm lưu trữ dữ liệu tạm thời trong môi trường máy tính [computing environment].

Tìm hiểu dữ liệu là gì?

Trong đó, dữ liệu là thông tin được biên dịch thành một dạng thức giúp việc di chuyển hoặc xử lý dữ liệu được dễ dàng hơn. Vế phương diện công nghệ thông tin, dữ liệu là thông tin được chuyển đổi thành dạng kỹ thuật số nhị phân. Dữ liệu có thể được sử dụng như một chủ thể số ít hoặc số nhiều. Dữ liệu thô là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả dữ liệu ở định dạng kỹ thuật số cơ bản nhất.

Trong môi trường máy tính, dữ liệu khi truyền thường được cache lại [lưu trữ] để rút ngắn thời gian truy cập, qua đó giảm độ trễ và cải thiện đầu vào [input]/đầu ra [output], viết tắt là [I/ O]. Bởi vì hầu hết tất cả các workload của ứng dụng phụ thuộc vào các hoạt động I/ O, caching do đó được sử dụng để cải thiện hiệu suất ứng dụng.

Caching [phát âm là "cashing"] là quá trình lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ đệm cache.

2. Ví dụ về cache [bộ nhớ đệm]

Các web browsers như Internet Explorer, Firefox, Safari và Chrome sử dụng bộ nhớ cache của trình duyệt để cải thiện hiệu suất cho các webpages [trang web] được truy cập thường xuyên. Khi bạn truy cập một webpage, các files mà trình duyệt của bạn yêu cầu sẽ được lưu trữ trên bộ nhớ máy tính trong bộ nhớ đệm [cache] của trình duyệt.

Nếu bạn nhấp vào "back" và quay lại trang đó, trình duyệt có thể truy xuất hầu hết các file cần thiết từ bộ nhớ cache thay vì gửi yêu cầu gửi lại tất cả các tệp đó. Cách tiếp cận này được gọi là đọc cache [read cache].

Browsers đọc dữ liệu từ bộ nhớ cache của trình duyệt nhanh hơn nhiều so với việc phải đọc lại các tệp từ webpage.

3.Cache algorithms [Thuật toán cache]

Thuật toán cache cung cấp hướng dẫn về cách duy trì bộ nhớ cache. Sau đây là một số ví dụ về thuật toán bộ nhớ đệm cache:

Ít được sử dụng thường xuyên nhất [LFU, Least Frequently Used]

Sử dụng bộ đếm để theo dõi tần suất truy cập vào một mục; mục nào có số lần truy nhập thấp nhất sẽ được xóa đi đầu tiên.

Ít sử dụng gần đây nhất [LRU, Least Recently Used]

Giữ các mục được sử dụng gần đây nhất nằm trên top đầu bộ nhớ đệm; khi đạt đến giới hạn bộ nhớ cache, các mục ít được truy cập gần đây nhất sẽ bị xóa [các top cuối].

Gần đây nhất được sử dụng [MRU, Most Recently Used]

Ưu tiên loại bỏ các items được sử dụng gần đây nhất; cách tiếp cận này rất hữu ích đặc biệt cho các tình huống các items cũ hơn có nhiều khả năng được truy cập hơn.

4. Các loại cache [bộ nhớ đệm]

Write-around cache

Bộ nhớ đệm cache write-around cho phép ghi các hoạt động được ghi vào bộ nhớ, hoàn toàn bỏ qua bộ nhớ cache.

- Ưu điểm: Điều này giúp bộ nhớ cache không bị quá tải khi có một số lượng lớn bản ghi I/ O xảy ra.

Xem thêm: Cách Xem Người Theo Dõi Facebook Cực Đơn Giản, Cách Hiển Thị Người Theo Dõi Trên Facebook

- Điểm bất lợi là dữ liệu không được lưu trữ trừ khi nó được đọc từ bộ nhớ. Như vậy, hoạt động đọc ban đầu sẽ tương đối chậm vì dữ liệu chưa được lưu trữ [chưa được cache].

Write-throughcache

Write-throughcache ghi đè dữ liệu vào cả bộ nhớ cache và bộ nhớ storage.

- Ưu điểm của phương pháp này là dữ liệu mới được viết luôn được lưu trữ, cho phép dữ liệu đó luôn được đọc nhanh chóng.

- Một nhược điểm là các hoạt động ghi không được coi là hoàn thành cho đến khi dữ liệu được ghi vào cả bộ nhớ cache và bộ lưu trữ chính [primary storage]. Điều này khiến quá trình lưu trữ cache write-through gây ra độ trễ các hoạt động ghi.

Write-backcache

Bộ nhớ đệm ghi lại [Write-back cache] tức toàn bộ các hoạt động ghi đều được chuyển trực tiếp đến bộ nhớ cache. Sự khác biệt duy nhất của Write-backcache đó là khi dữ liệu được lưu trữ, thao tác ghi mới được xem là hoàn chỉnh. Dữ liệu sau đó được sao chép từ bộ nhớ cache vào bộ nhớ [storage]. Theo hướng tiếp cận này, sẽ luôn tồn tại một ít độ trễ cho cả hoạt động đọc và ghi.

- Điểm bất lợi là, tùy thuộc vào cơ chế bộ nhớ đệm nào được sử dụng, dữ liệu có thể dễ dàng bị mất cho đến khi nó được lưu trữ [committed to storage].

Disk cache giữ các dữ liệu gần đây đã được đọc và cả các vùng dữ liệu liền kề liên quan, có nhiều khả năng sắp được truy cập. Một số Disk cache được thiết kế để lưu trữ dữ liệu dựa trên tần suất được đọc của chúng. Các khối lưu trữ [Storage blocks] được đọc thường xuyên, sẽ được gọi là các khối nóng [hot blocks] và tự động được chuyển vào cache.

Bộ nhớ cache [Cache memory]

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên [RAM, Random access memory] là bộ nhớ mà bộ vi xử lý máy tính có thể truy cập nhanh hơn so với bộ nhớ RAM thông thường. Cache memory thường được gắn trực tiếp với CPU và được sử dụng để lưu trữ các lệnh thường xuyên được truy cập bởi các tiến trình hiện đang chạy. Mặc dù RAM cache [bộ đệm RAM] nhanh hơn nhiều so với bộ nhớ cache dựa trên đĩa [disk-based cache], thì cache memory vẫn nhanh hơn nhiều so với RAM cache vì nó gần với CPU.

Thiết bị nhớ flash [Flash cache]

Lưu trữ tạm thời dữ liệu trên chip bộ nhớ flash NAND - thường ở dạng lưu trữ SSD [solid-state drive] - cho phép yêu cầu dữ liệu được đáp ứng với tốc độ cao hơn so với bộ nhớ cache một ổ đĩa cứng truyền thống [HDD, hard disk drive].

6. Làm cách nào để tăng cache memory [bộ nhớ đệm]

Bộ nhớ cache [Cache memory] là một phần của phức hợp CPU, do đó nó được đưa vào chính CPU hoặc được nhúng vào một con chip trên bo mạch hệ thống [system board]. Thông thường, cách duy nhất để tăng bộ nhớ cache là cài đặt một bo mạch hệ thống thế hệ tiếp theo [next-generation] và một CPU next-gen tương ứng. Một số bo mạch hệ thống cũ có chứa các khe trống, có thể được sử dụng để tăng dung lượng bộ nhớ cache, tuy nhiên hầu hết các bo mạch hệ thống mới ngày nay lại không bao gồm khe trống này.

7. Kiến thức bổ sung về buffer và cache

Buffer [vùng đệm] giống như cache [bộ nhớ đệm], cũng là một nơi tạm thời cho dữ liệu. Tuy nhiên, mục đích chính của vùng đệm buffer là để hấp thụ các nhu cầu cao [demand spikes]. Ví dụ, bộ đệm ghi [write buffer] có thể sử dụng bộ nhớ flash [flash storage] để lưu trữ tạm thời các thao tác ghi và sau đó di chuyển dữ liệu được ghi gần đây vào bộ nhớ chính [main storage] của hệ thống khi tài nguyên có sẵn trở nên dễ dàng hơn. Trong tình huống này, lưu trữ SSD nhanh hơn lưu trữ HDD và có thể hoàn thành quá trình ghi nhanh hơn. Dữ liệu không được lưu trữ trên SSD, vì SSD chỉ được sử dụng làm kho lưu trữ dữ liệu tạm thời.

Dịch từ bài gốc://searchstorage.techtarget.com/definition/cache

Theo Bizfly Cloud chia sẻ


BizFly Cloud là nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây với chi phí thấp, được vận hành bởi VCCorp.

BizFly Cloud là một trong 4 doanh nghiệp nòng cốt trong "Chiến dịch thúc đẩy chuyển đổi số bằng công nghệ điện toán đám mây Việt Nam" của Bộ TT&TT; đáp ứng đầy đủ toàn bộ tiêu chí, chỉ tiêu kỹ thuật của nền tảng điện toán đám mây phục vụ Chính phủ điện tử/chính quyền điện tử.

RAM [viết tắt từ Random Access Memory trong tiếng Anh] là một loại bộ nhớ chính của máy tính. RAM được gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên vì nó có đặc tính: thời gian thực hiện thao tác đọc hoặc ghi đối với mỗi ô nhớ là như nhau, cho dù đang ở bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ. Mỗi ô nhớ của RAM đều có một địa chỉ. Thông thường, mỗi ô nhớ là một byte [8 bit]; tuy nhiên hệ thống lại có thể đọc ra hay ghi vào nhiều byte [2, 4, 8 byte].

RAM khác biệt với các thiết bị bộ nhớ tuần tự [sequential memory device] chẳng hạn như các băng từ, đĩa; mà các loại thiết bị này bắt buộc máy tính phải di chuyển cơ học một cách tuần tự để truy cập dữ liệu.

Bởi vì các chip RAM có thể đọc hay ghi dữ liệu nên thuật ngữ RAM cũng được hiểu như là một bộ nhớ đọc-ghi [read/write memory], trái ngược với bộ nhớ chỉ đọc ROM [read-only memory].

RAM thông thường được sử dụng cho bộ nhớ chính [main memory] trong máy tính để lưu trữ các thông tin thay đổi, và các thông tin được sử dụng hiện hành. Cũng có những thiết bị sử dụng một vài loại RAM như là một thiết bị lưu trữ thứ cấp [secondary storage].
Thông tin lưu trên RAM chỉ là tạm thời, chúng sẽ mất đi khi mất nguồn điện cung cấp.

Đặc trưng

Bộ nhớ RAM có 4 đặc trưng sau:

Dung lượng bộ nhớ: Tổng số byte của bộ nhớ [ nếu tính theo byte ] hoặc là tổng số bit trong bộ nhớ nếu tính theo bit. Tổ chức bộ nhớ: Số ô nhớ và số bit cho mỗi ô nhớ Thời gian thâm nhập: Thời gian từ lúc đưa ra địa chỉ của ô nhớ đến lúc đọc được nội dung của ô nhớ đó.

Chu kỳ bộ nhớ: Thời gian giữa hai lần liên tiếp thâm nhập bộ nhớ.

Mục đích

Máy vi tính sử dụng RAM để lưu trữ mã chương trình và dữ liệu trong suốt quá trình thực thi. Đặc trưng tiêu biểu của RAM là có thể truy cập vào những vị trí khác nhau trong bộ nhớ và hoàn tất trong khoảng thời gian tương tự, ngược lại với một số kỹ thuật khác, đòi hỏi phải có một khoảng thời gian trì hoãn nhất định.

Phân loại RAM

Tùy theo công nghệ chế tạo, người ta phân biệt thành 2 loại:

SRAM [Static RAM]: RAM tĩnh
DRAM [Dynamic RAM]: RAM động

RAM tĩnh

RAM tĩnh được chế tạo theo công nghệ ECL [dùng trong CMOS và BiCMOS]. Mỗi bit nhớ gồm có các cổng logic với 6 transistor MOS. SRAM là bộ nhớ nhanh, việc đọc không làm hủy nội dung của ô nhớ và thời gian thâm nhập bằng chu kỳ của bộ nhớ.

RAM động

RAM động dùng kỹ thuật MOS. Mỗi bit nhớ gồm một transistor và một tụ điện. Việc ghi nhớ dữ liệu dựa vào việc duy trì điện tích nạp vào tụ điện và như vậy việc đọc một bit nhớ làm nội dung bit này bị hủy. Do vậy sau mỗi lần đọc một ô nhớ, bộ phận điều khiển bộ nhớ phải viết lại nội dung ô nhớ đó. Chu kỳ bộ nhớ cũng theo đó mà ít nhất là gấp đôi thời gian thâm nhập ô nhớ.

Việc lưu giữ thông tin trong bit nhớ chỉ là tạm thời vì tụ điện sẽ phóng hết điện tích đã nạp và như vậy phải làm tươi bộ nhớ sau khoảng thời gian 2μs. Việc làm tươi được thực hiện với tất cả các ô nhớ trong bộ nhớ. Công việc này được thực hiện tự động bởi một vi mạch bộ nhớ.

Bộ nhớ DRAM chậm nhưng rẻ tiền hơn SRAM

Các loại DRAM

1. SDRAM [Viết tắt từ Synchronous Dynamic RAM] được gọi là DRAM đồng bộ. SDRAM gồm 3 phân loại: SDR, DDR, và DDR2.

SDR SDRAM [Single Data Rate SDRAM], thường được giới chuyên môn gọi tắt là "SDR". Có 168 chân. Được dùng trong các máy vi tính cũ, bus speed chạy cùng vận tốc với clock speed của memory chip, nay đã lỗi thời.

DDR SDRAM [Double Data Rate SDRAM], thường được giới chuyên môn gọi tắt là "DDR". Có 184 chân. DDR SDRAM là cải tiến của bộ nhớ SDR với tốc độ truyền tải gấp đôi SDR nhờ vào việc truyền tải hai lần trong một chu kỳ bộ nhớ. Đã được thay thế bởi DDR2.

DDR2 SDRAM [Double Data Rate 2 SDRAM], Thường được giới chuyên môn gọi tắt là "DDR2". Là thế hệ thứ hai của DDR với 240 chân, lợi thế lớn nhất của nó so với DDR là có bus speed cao gấp đôi clock speed.

2. RDRAM [Viết tắt từ Rambus Dynamic RAM], thường được giới chuyên môn gọi tắt là "Rambus". Đây là một loại DRAM được thiết kế kỹ thuật hoàn toàn mới so với kỹ thuật SDRAM. RDRAM hoạt động đồng bộ theo một hệ thống lặp và truyền dữ liệu theo một hướng. Một kênh bộ nhớ RDRAM có thể hỗ trợ đến 32 chip DRAM. Mỗi chip được ghép nối tuần tự trên một module gọi là RIMM [Rambus Inline Memory Module] nhưng việc truyền dữ liệu được thực hiện giữa các mạch điều khiển và từng chip riêng biệt chứ không truyền giữa các chip với nhau.

Bus bộ nhớ RDRAM là đường dẫn liên tục đi qua các chip và module trên bus, mỗi module có các chân vào và ra trên các đầu đối diện. Do đó, nếu các khe cắm không chứa RIMM sẽ phải gắn một module liên tục để đảm bảo đường truyền được nối liền. Tốc độ Rambus đạt từ 400-800MHz. Rambus tuy không nhanh hơn SDRAM là bao nhưng lại đắt hơn rất nhiều nên có rất ít người dùng. RDRAM phải cắm thành cặp và ở những khe trống phải cắm những thanh RAM giả [còn gọi là C-RIMM] cho đủ.

DDR III SDRAM [Double Data Rate III Synchronous Dynamic RAM]: có tốc độ bus 800/1066/1333/1600 Mhz, số bit dữ liệu là 64, điện thế là 1.5v, tổng số pin là 240.

Các thông số của RAM

Được phân loại theo chuẩn của JEDEC.

Dung lượng

Dung lượng RAM được tính bằng MB và GB, thông thường RAM được thiết kế với các dung lượng 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB, 1 GB, 2 GB... Dung lượng của RAM càng lớn càng tốt cho hệ thống, tuy nhiên không phải tất cả các hệ thống phần cứng và hệ điều hành đều hỗ trợ các loại RAM có dung lượng lớn, một số hệ thống phần cứng của máy tính cá nhân chỉ hỗ trợ đến tối đa 4 GB và một số hệ điều hành [như phiên bản 32 bit/64 bit của Windows XP] chỉ hỗ trợ đến 3 GB.

BUS

SDR SDRAM được phân loại theo bus speed như sau: PC-66: 66 MHz bus. PC-100: 100 MHz bus.

PC-133: 133 MHz bus.

DDR SDRAM được phân loại theo bus speed và bandwidth như sau: DDR-200: Còn được gọi là PC-1600. 100 MHz bus với 1600 MB/s bandwidth. DDR-266: Còn được gọi là PC-2100. 133 MHz bus với 2100 MB/s bandwidth. DDR-333: Còn được gọi là PC-2700. 166 MHz bus với 2667 MB/s bandwidth.

DDR-400: Còn được gọi là PC-3200. 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth.

DDR2 SDRAM được phân loại theo bus speed và bandwidth như sau: DDR2-400: Còn được gọi là PC2-3200. 100 MHz clock, 200 MHz bus với 3200 MB/s bandwidth. DDR2-533: Còn được gọi là PC2-4200. 133 MHz clock, 266 MHz bus với 4267 MB/s bandwidth. DDR2-667: Còn được gọi là PC2-5300. 166 MHz clock, 333 MHz bus với 5333 MB/s bandwidth.

DDR2-800: Còn được gọi là PC2-6400. 200 MHz clock, 400 MHz bus với 6400 MB/s bandwidth.

Các loại modul của RAM

Trước đây, các loại RAM được các hãng sản xuất thiết kế cắm các chip nhớ trên bo mạch chủ thông qua các đế cắm [có dạng DIP theo hình minh hoạ trên], điều này thường không thuận tiện cho sự nâng cấp hệ thống. Cùng với sự phát triển chung của công nghệ máy tính, các RAM được thiết kế thành các modul như SIMM, DIMM [như hình minh hoạ trên] để thuận tiện cho thiết kế và nâng cấp hệ thống máy tính.

SIMM [Single In-line Memory Module] DIMM [Dual In-line Memory Module]

SO-DIM: [Small Outline Dual In-line Memory Module]: Thường sử dụng trong các máy tính xách tay.

Video liên quan

Chủ Đề