Кэш что означает это
Что такое кэш и зачем его чистить
Это старые данные, которые уже могут быть неактуальны
Когда не работает какой-то сайт или сервис, от техподдержки часто можно услышать «Почистите кэш и перезагрузите страницу». Иногда это помогает. Рассказываем, почему так происходит, что такое кэш, зачем он нужен и как его почистить.
⚠️ Минутка грамотности. По словарю РАН слово cache в русском пишется «кеш». Но по рекомендациям Гиляревского нужно писать «кэш». И нам нравится, как это произносится. Произнесите вместе с нами:
Что такое кэш
Кэш — это данные, которые компьютер уже получил и использовал один раз, а потом сохранил на будущее. Смысл кэша в том, чтобы в следующий раз взять данные не с далёкого и медленного сервера, а из собственного быстрого кэша. То же самое, что закупиться продуктами на неделю и потом ходить не в магазин, а в холодильник.
В случае с браузером это работает так:
Дальше происходит так:
4. Если вкладкой или браузером долго не пользовались, операционная система выгружает из оперативной памяти все страницы, чтобы освободить место для других программ.
5. Если переключиться назад на браузер, он моментально сходит в кэш, возьмёт оттуда загруженную страницу и покажет её на экране.
Получается, что если браузер будет брать из кэша только постоянные данные и скачивать с сервера только что-то новое, то страница будет загружаться гораздо быстрее. Выходит, главная задача браузера — понять, какой «срок годности» у данных в кэше и через какое время их надо запрашивать заново.
👉 Например, браузер может догадаться, что большая картинка на странице вряд ли будем меняться каждые несколько секунд, поэтому имеет смысл подержать её в кэше и не загружать с сервера при каждом посещении. Поэтому в кэше часто хранятся картинки, видеоролики, звуки и другие декоративные элементы страницы.
👉 Для сравнения: браузер понимает, что ответ сервера на конкретный запрос пользователя кэшировать не надо — ведь ответы могут очень быстро меняться. Поэтому ответы от сервера браузер не кэширует.
Какая проблема с кэшем
На первый взгляд кажется, что кэш — это прекрасно: данные уже загружены, к ним можно быстро обратиться и достать оттуда всё, что нужно, без запроса к серверу на другом конце планеты.
Но представьте такую ситуацию: вы заходите в интернет-магазин обуви, в котором покупали уже много раз, но товары почему-то не добавляются в корзину. Или добавляются, но кнопка «Оплатить» не работает. Чаще всего причина в том, что браузер делает так:
Решение — почистить кэш
Когда мы чистим кэш, оттуда удаляются все данные, которые браузер сохранил «на всякий случай». Это значит, что при обновлении страницы браузер заглянет в кэш, увидит, что там пусто и запросит все данные с сервера заново. Они, конечно, тоже сразу отправятся в кэш, но в следующий раз вы уже будете знать, что делать.
Чтобы очистить кэш в Сафари, достаточно нажать ⌥+⌘+E, а в Хроме — нажать Ctrl+Shift+Backspace (⇧+⌘+Backspace) и выбрать время, в пределах которого нужно очистить кэш:
Зачем нужен кэш, если из-за него всё ломается?
На самом деле всё ломается не из-за кэша, а из-за неправильных настроек сервера, которые отдают страницу. Потому что именно сервер должен сказать браузеру: «Вот это можно кэшировать, а вон то лучше не кэшируй, мало ли что».
Часто разработчики недокручивают эти настройки, и браузер не получает нужных инструкций, поэтому кэширует всё подряд. И тогда приходится вмешиваться, чистить кэш и восстанавливать работоспособность.
Что такое кэш в компьютере, телефоне, браузере и что такое кэширование сайта простыми словами
С появлением компьютера и развитием Интернета в наш лексикон ворвалось много новых терминов. Один из них – кэш. Что это такое простыми словами? Попробуем в этом разобраться.
Общие понятия о кэше
Согласно Википедии, кэшем называют промежуточный буфер памяти, который содержит информацию с наибольшей вероятностью запроса. Скорость доступа к этой памяти гораздо больше, чем получение данных из исходного хранилища.
Часто кэшем называют также временные файлы и данные, хранящиеся в памяти компьютера, телефона, браузера или сервера.
Процесс сохранения информации в кэш называют кэшированием.
Для более ясного понимания, что такое кэш, можно привести такую аналогию.
Допустим вам нужно приготовить доклад на какую-то тему. Для этого вам нужны определенные документы, книги. Вы идете в библиотеку, выбираете нужные вам материалы, приносите домой и кладете на свой рабочий стол. Теперь для получения нужной информации достаточно протянуть руку и открыть соответствующую книгу. В данном случае рабочий стол играет роль кэша.
Назначение кэша – сократить время доступа к информации и, тем самым увеличить быстродействие компьютера или программы.
Типы кэша
Кеширование применяется во многих случаях, когда нужно увеличить скорость работы с данными, поэтому реализовать его можно по-разному. Выделяют два способа кэширования:
Рассмотрим эти способы немного подробнее.
Аппаратная реализация
Такой способ кэширования основан на использовании специального устройства памяти для хранения и быстрого извлечения информации.
Например, жесткий диск имеет специальную микросхему в качестве такого хранилища.
Сложную многоступенчатую систему кэширования имеет центральный процессор или мобильные устройства. Естественно, увеличить размер аппаратного кэша нельзя.
Программная реализация
При таком способе кэширования для временного сохранения данных выделяется область на диске, в которой ОС или приложение хранят часто используемые файлы. При каждом запросе пользователя программа сначала обращается за данными к кэшу, и, если эти данные отсутствуют, загружает их из удаленных источников, например, Интернета.
При программном кэшировании размер кэша зависит от размера свободного дискового пространства, а скорость загрузки – от типа носителя.
Кэширование на компьютере
Операционная система компьютера использует программное кэширование. В выделенной области диска хранятся различные временные файлы, которые возникают при работе компьютера.
Кэшированием можно назвать и использование так называемого файла подкачки, который создает ОС на диске ПК.
Как известно, при работе компьютера файлы программ и обрабатываемые данные загружаются в оперативную память для более быстрого доступа к ним. Но этой памяти может быть недостаточно, тогда часть данных отправляется в файл подкачки, который играет роль дополнительного ОЗУ. Объем этого файла регулируется ОС и тем самым компенсируется недостаток оперативной памяти.
Что такое кэш на телефоне
Современные телефоны и смартфоны также используют кэш в своей работе, но здесь это понятие несколько шире. Кэш на телефоне — это не только временные файлы, но и дополнения к программам и играм. Без них программы и игры будут иметь ограничения в работе, а в некоторых случаях даже не запустятся.
или 
Что такое кэш браузера
Любой современный браузер (Chrome, Opera, Mozilla и т. д.) обязательно использует кэширование. Это необходимо для быстрой загрузки веб-страниц и экономии трафика. Это достаточно легко проверить. Если измерить время загрузки страницы при первом посещении сайта и время ее повторной загрузки, то они могут заметно отличаться, так как во втором случае многие файлы, составляющие эту страницу, будут загружаться из кэша на жестком диске вашего компьютера, а не из Интернета.
В браузере используется программное кеширование. Эта технология позволяет быстрее загружать и последующие страницы сайта, хотя заходим на них только первый раз. Объясняется это тем, что на них обязательно присутствуют повторяющиеся элементы (шапка, подвал, сайдбар и т. д.), которые уже сохранены в кэше после посещения одной страницы.
Кэширование браузером веб-страниц имеет и недостатки. Например, если мы посещаем много различных сайтов, то кэш оказывается заполненным информацией о них, а при заходе на новый сайт браузер сначала пытается найти информацию о нем в кэше и, только не найдя ничего, начинает загрузку из Интернета. В результате время загрузки оказывается даже больше, чем без кэширования. Поэтому кэш браузера необходимо периодически чистить.
Кэш центрального процессора
Процессоры имеют огромную скорость обработки данных, которую не может обеспечить оперативная память. Именно поэтому центральный процессор использует кэширование, при этом он имеет 2-3 уровня кэш-памяти, которые обозначаются L1-L2 (Level 1-3). Уровень L1 имеет наименьший объем, но наибольшую скорость работы. Он работает на той же частоте, что и процессор. Последующие уровни имеют соответственно меньшую скорость работы, но больший объем. Иногда кэш-память центрального процессора называют сверхоперативной памятью.
Очистка кэша
Нужно ли чистить кэш? Вернемся к нашей аналогии с библиотекой и рабочим столом.
Допустим, вы закончили свой доклад, но книги, которые взяли в библиотеке, еще не вернули, они остались на столе. Теперь вы начали готовить новый текст, для которого принесли новые книги и положили на стол. Ели продолжать в том же духе, то через некоторое время ваш рабочий стол будет завален книгами, большинство из которых вам уже не нужно, черновиками и т. д. Конечно, работать в этом случае будет труднее, и находить нужную информацию вы будете все медленнее. Поэтому ненужные книги нужно сдавать в библиотеку, а черновики выбрасывать. 
Точно также нужно периодически чистить кэш, причем, когда говорится об очистке, имеется в виду программный кэш. Аппаратный кэш – это микросхемы, которые содержат данные только при работе компьютера, а при его выключении все автоматически исчезает.
Для очистки кэша существуют как встроенные, так и специальные программные средства. Рассмотрим некоторые, наиболее важные.
Как очистить кэш браузера
У каждого браузера в меню есть команда для очистки кэша. Найти ее несложно, но сделаю подсказки для наиболее распространенных браузеров.
Google Chrome
В правом верхнем углу браузера нажимаем на кнопку Меню, выбираем Настройки, открывшуюся вкладку прокручиваем вниз и открываем Дополнительные, здесь находим пункт Очистить историю. 
В открывшемся окне ставим галочки для тех данных, которые нужно удалить, выбираем временной интервал и нажимаем Удалить данные. 
Mozilla Firefox
Аналогично, заходим в Меню, открываем вкладку Настройки, 
выбираем раздел Приватность и защита
и находим пункт Куки и данные сайтов. 
После нажатия также в открывшемся окне выбираем, что нужно удалять.
Opera
Точно также идем в Меню Простые настройки и прокручиваем его до пункта Очистить историю посещений
После нажатия на кнопку открывается окно, в котором отмечаем данные,подлежащие удалению и жмем Удалить данные.
Универсальный метод
Если не хочется искать в меню нужную команду, можно использовать метод, который работает во всех браузерах. Это набор горячих клавиш
который сразу открывает нужное окно.
CCleaner
Существует много, так называемых, программ-«чистильщиков», предназначенных для очистки компьютера от разного рода «мусора» и ускорения его работы.
CCleaner — наиболее известная из них. Она предназначена для очистки и оптимизации компьютеров с ОС Windows.
С ее помощью можно удалить нежелательные или нерабочие файлы, недействительные или неверные записи в реестре и многое другое. Одна из функций – удаление кэшированных данных, созданных как операционной системой, так и различными приложениями, в первую очередь, браузерами. 
CCleaner — программа очень полезная, и я считаю ее одной из обязательных для установки на компьютер.
Программа Glary Utilities
GU – еще одна универсальная программа для чистки и оптимизации ОС. Ее основные возможности, в основном, сходны с возможностями предыдущей программы. Хочу отметить очень удобную команду 1-Кликом, которая находится во второй вкладке окна программы. Эта кнопка запускает целую серию команд, в функции которых входит стандартная очистка ПК. Настраивать при этом ничего не нужно. 
Программа имеет дружеский пользовательский интерфейс, что позволяет применять ее пользователям любого уровня. Она также входит в разряд рекомендованных мной.
Кэширование сайта
Этот вопрос наиболее актуален для веб-мастеров.
Страницы сайта могут кэшироваться на нескольких уровнях.
Большинство современных сайтов написаны на языке PHP и имеют динамические страницы, которые создаются «на лету» по запросу пользователя. Вкратце напомню, как это происходит.
После запроса посетителя сайта (то есть клика по ссылке на страницу) сервер обращается к базе данных и папкам, содержащим необходимые медиафайлы, файлы стилей, скриптов, находит нужную информацию и, используя команды, написанные на языке PHP, формирует HTML-страницу, актуальную на данный момент и для данного посетителя. Именно эту страницу и получает браузер. Так как большинство страниц изменяется редко или не изменяется совсем, сервер отправляет их в кэш, чтобы при последующих запросах не создавать их заново. Это заметно сокращает время загрузки.
Очень много (большая часть) сайтов создано с использованием различных CMS (WordPress, Joomla!, Drupal …). Для таких ресурсов уже разработаны готовые решения для кэширования в виде плагинов или расширений.
Например, самый популярный движок WordPress может использовать такие плагины кэширования:
Каждый из них имеет свои возможности и настройки. Я использую на своих сайтах плагин Hyper Cache. Он бесплатный, легко настраивается и неплохо справляется со своими обязанностями.
Другой уровень кэширования сайта уже описывался выше. Это кэш браузера, то есть сохранение информации на уровне клиента.
Все эти методы позволяют заметно увеличить скорость загрузки сайта, снизить нагрузку на сервер и сэкономить трафик. Но иногда кэширование мешает актуальному отображению страниц сайта, так как загружаются данные, которые устарели. Поэтому приходится очищать кэш вручную.
Итак, подводя итоги, можно сказать простыми словами, что кэш – это место для временного хранения информации, которая может быть затребована в ближайшее время. Он служит для ускорения доступа к данным, но для оптимальной работы его нужно периодически очищать.
Как, почему и когда надо чистить кэш на Android
Кэш приложений может быть спорной темой на Android. Многие люди постоянно чистят кэш приложений, веря в то, что это позволит смартфону работать быстрей. Другие говорят, что это, в первую очередь, сводит на нет всю цель кэширования и просто увеличивает время запуска приложений и выполняемых действий. Истина, как обычно, где-то посередине. Некоторые приложения могут не использовать кэширование эффективно, из-за чего используются излишне большие объемы памяти. Иногда кэш может вызывать проблемы после выхода обновления и надо его сбрасывать. А еще некоторые приложения могут начинать работать медленнее, когда их кэш становится очень большим. Сказать однозначно, надо ли его удалять, нельзя. Но сейчас рассмотрим эту тему подробнее, чтобы вы понимали, когда это делать и как?
Надо ли чистить кэш телефона?
Что такое кэш на Андройд
Кэширование в компьютерном мире это то, что позволяет приложениям, таким, как браузеры, игры и потоковые сервисы хранить временные файлы, которые считаются актуальными для уменьшения времени загрузки и увеличения скорости работы. YouTube, Карты, музыкальные сервисы и множество других приложений сохраняют информацию в виде данных кэша. Это могут быть миниатюры видео, история поиска или временно сохраненные фрагменты видео. Кэширование может сэкономить много времени, так как качество и скорость Интернета не везде одинаковы. Но по иронии судьбы, когда приложения выгружают много данных на ваш телефон, это в конечном итоге замедляет его работу, особенно, когда остается мало места на встроенной памяти.
Наш Иван Кузнецов не так давно писал о том, что никогда не чистит кэш и считает это не нужным. Многие из вас, возможно, с ним не согласны. Да я и сам переодически провожу эту процедуру. Тем не менее, для полноты картины можете ознакомиться с его мнением.
Очистка кэша и данных на Android
Хотя мы часто упоминаем очистку кэша и данных в одном ключе, на Android это два совершенно разных действия. Например, музыкальные сервисы часто сохраняют в кэш информацию, относящуюся к исполнителям, которых вы слушали, но которые не входят в вашу библиотеку. Когда кэш приложения очищается, все упомянутые данные стираются.
Очистка лишней не будет? Не факт.
Более существенные данные включают в себя пользовательские настройки, базы данных и данные для входа в систему. Когда вы очистите кэш, это все удалится и будет не очень приятно. Если говорить грубо, можно сказать, что очистка кэша придает приложению тот вид, который был сразу после его установки, но у вас останутся данные, которые вы сами осознанно сохранили (загруженные песни, видео в оффлайн, карты и так далее). Если вы удалите и эти данные, то приложение будет вообще нулевым. Если чистите и кэш, и данные, проще тогда и приложение переустановить, чтобы вообще все красиво было.
Как очистить память смартфона. Пять простых шагов.
Когда надо чистить кэш
В чем-то я согласен с Иваном и с его мнением, которое я приводил в начале статьи. Нет смысла чистить кэш часто. После того, как вы его очистили, приложение все равно его создаст заново. Только в это время оно будет работать еще медленнее.
Тут важно найти баланс и понять, действительно ли ваш смартфон тормозит из-за кэша или, например, он просто старый и уже не тянет. Если не вникать в это, то можно посоветовать чистить кэш один раз в 3-6 месяцев, но быть готовым, что первые несколько дней скорость работы будет чуть ниже. В итоге, вы как бы освежите приложение, удалив лишний мусор и заново собрав только то, что нужно.
Google Play рассылает пустые обновления приложений. Что делать?
Как очистить кэш и данные на Android
Точную инструкцию для каждого смартфона дать не получится, так как все зависит от производителя и версии ОС, но общие правила будут следующими.
Шаг 1: Запустите «Настройки» и перейдите в раздел «Хранилище» (или найдите его поиском). Так вы сможете узнать, сколько памяти вашего смартфона занято и чем.
Шаг 2. В разделе «Хранилище» найдите «Приложения» (или «Другие приложения») и выберите его. В нем будут перечислены все приложения, а также то, сколько места каждое из них занимает. В некоторых версиях ОС можно найти сортировку приложений по алфавиту или размеру.
Шаг 3: Зайдите внутрь приложения и удалите кэш или данные. Только надо понимать, что это действие необратимо.
Три простых шага для очистки кэша.
В отношении специальных приложений для очистки я очень категоричен и не рекомендую ими пользоваться. Несмотря на их обещания ускорить систему чуть ли не в разы, в лучшем случае они просто сделают то же, что я только что описал. Так почему бы не сделать это самому без установки сомнительных приложений, которые еще и будут собирать ваши данные? Единственное приложение-оптимизатор, которому я доверяю, это Google Файлы, но работает оно именно с хранилищем и чистит в первую очередь мусор. Хотя, на него тоже нельзя слепо полагаться, но оно сделано Google, а к ней доверия куда больше, чем к каким-то левым разработчикам.
Если вы все еще хотите установить подобное приложение, просто помните о том, что они работают в фоновом режиме и используют системные ресурсы. Даже если они что-то ускорят, то сразу замедлят обратно.
Надо ли чистить кэш Android-приложений
Возможность очистки данных — это действительно полезная функция для решения многих проблем, уникальная для Android. Но как и любой полезной вещью злоупотреблять ей не стоит. Не надо чистить кэш и память каждый день. Делайте это периодически и только по мере надобности. Начал телефон работать медленно — пробегитесь по хранилищу. Если увидели, что какое-то из приложений занимает слишком много места, хотя не должно, очистите кэш.
Еще больше полезных советов и рассуждения в нашем Telegram-канале.
Еще раз: очистка кэша не испортит ваш смартфон, но приложение потеряет часть сохраненных данных и оптимизированных под вас настроек. Некоторое время придется накапливать их заново, зато так можно убрать действительно лишнее. Раньше можно было одной кнопкой очистить кэш всех приложений, теперь только по одному, но, наверное, это к лучшему.
Чего точно не стоит делать с кэшем, так это чистить его каждый день или каждую неделю. Так вы точно не сделаете лучше никому.
Что такое кэш в процессоре и зачем он нужен
Содержание
Содержание
Для многих пользователей основополагающими критериями выбора процессора являются его тактовая частота и количество вычислительных ядер. А вот параметры кэш-памяти многие просматривают поверхностно, а то и вовсе не уделяют им должного внимания. А зря!
В данном материале поговорим об устройстве и назначении сверхбыстрой памяти процессора, а также ее влиянии на общую скорость работы персонального компьютера.
Предпосылки создания кэш-памяти
Любому пользователю, мало-мальски знакомому с компьютером, известно, что в составе ПК работает сразу несколько типов памяти. Это медленная постоянная память (классические жесткие диски или более быстрые SSD-накопители), быстрая оперативная память и сверхбыстрая кэш-память самого процессора. Оперативная память энергозависимая, поэтому каждый раз, когда вы выключаете или перезагружаете компьютер, все хранящиеся в ней данные очищаются, в отличие от постоянной памяти, в которой данные сохраняются до тех пор, пока это нужно пользователю. Именно в постоянную память записаны все программы и файлы, необходимые как для работы компьютера, так и для комфортной работы за ним.
Каждый раз при запуске программы из постоянной памяти, ее наиболее часто используемые данные или вся программа целиком «подгружаются» в оперативную память. Это делается для ускорения обработки данных процессором. Считывать и обрабатывать данные из оперативной памяти процессор будет значительно быстрей, а, следовательно, и система будет работать значительно быстрее в сравнении с тем, если бы массивы данных поступали напрямую из не очень быстрых (по меркам процессорных вычислений) накопителей.
Если бы не было «оперативки», то процесс считывания напрямую с накопителя занимал бы непозволительно огромное, по меркам вычислительной мощности процессора, время.
Но вот незадача, какой бы быстрой ни была оперативная память, процессор всегда работает быстрее. Процессор — это настолько сверхмощный «калькулятор», что произвести самые сложные вычисления для него — это даже не доля секунды, а миллионные доли секунды.
Производительность процессора в любом компьютере всегда ограничена скоростью считывания из оперативной памяти.
Процессоры развиваются так же быстро, как память, поэтому несоответствие в их производительности и скорости сохраняется. Производство полупроводниковых изделий постоянно совершенствуется, поэтому на пластину процессора, которая сохраняет те же размеры, что и 10 лет назад, теперь можно поместить намного больше транзисторов. Как следствие, вычислительная мощность за это время увеличилась. Впрочем, не все производители используют новые технологии для увеличения именно вычислительной мощности. К примеру, производители оперативной памяти ставят во главу угла увеличение ее емкости: ведь потребитель намного больше ценит объем, нежели ее быстродействие. Когда на компьютере запущена программа и процессор обращается к ОЗУ, то с момента запроса до получения данных из оперативной памяти проходит несколько циклов процессора. А это неправильно — вычислительная мощность процессора простаивает, и относительно медленная «оперативка» тормозит его работу.
Такое положение дел, конечно же, мало кого устраивает. Одним из вариантов решения проблемы могло бы стать размещение блока сверхбыстрой памяти непосредственно на теле кристалла процессора и, как следствие, его слаженная работа с вычислительным ядром. Но проблема, мешающая реализации этой идеи, кроется не в уровне технологий, а в экономической плоскости. Такой подход увеличит размеры готового процессора и существенно повысит его итоговую стоимость.
Объяснить простому пользователю, голосующему своими кровными сбережениями, что такой процессор самый быстрый и самый лучший, но за него придется отдать значительно больше денег — довольно проблематично. К тому же существует множество стандартов, направленных на унификацию оборудования, которым следуют производители «железа». В общем, поместить оперативную память прямо на кристалл процессора не представляется возможным по ряду объективных причин.
Как работает кэш-память
Как стало понятно из постановки задачи, данные должны поступать в процессор достаточно быстро. По меркам человека — это миг, но для вычислительного ядра — достаточно большой промежуток времени, и его нужно как можно эффективнее минимизировать. Вот здесь на выручку и приходит технология, которая называется кэш-памятью. Кэш-память — это сверхбыстрая память, которую располагают прямо на кристалле процессора. Извлечение данных из этой памяти не занимает столько времени, сколько бы потребовалось для извлечения того же объема из оперативной памяти, следовательно, процессор молниеносно получает все необходимые данные и может тут же их обрабатывать.
Кэш-память — это, по сути, та же оперативная память, только более быстрая и дорогая. Она имеет небольшой объем и является одним из компонентов современного процессора.
На этом преимущества технологии кэширования не заканчиваются. Помимо своего основного параметра — скорости доступа к ячейкам кэш-памяти, т. е. своей аппаратной составляющей, кэш-память имеет еще и множество других крутых функций. Таких, к примеру, как предугадывание, какие именно данные и команды понадобятся пользователю в дальнейшей работе и заблаговременная загрузка их в свои ячейки. Но не стоит путать это со спекулятивным исполнением, в котором часть команд выполняется рандомно, дабы исключить простаивание вычислительных мощностей процессора.
Спекулятивное исполнение — метод оптимизации работы процессора, когда последний выполняет команды, которые могут и не понадобиться в дальнейшем. Использование метода в современных процессорах довольно существенно повышает их производительность.
Речь идет именно об анализе потока данных и предугадывании команд, которые могут понадобиться в скором будущем (попадании в кэш). Это так называемый идеальный кэш, способный предсказать ближайшие команды и заблаговременно выгрузить их из ОЗУ в ячейки сверхбыстрой памяти. В идеале их надо выбирать таким образом, чтобы конечный результат имел нулевой процент «промахов».
Но как процессор это делает? Процессор что, следит за пользователем? В некоторой степени да. Он выгружает данные из оперативной памяти в кэш-память для того, чтобы иметь к ним мгновенный доступ, и делает это на основе предыдущих данных, которые ранее были помещены в кэш в этом сеансе работы. Существует несколько способов, увеличивающих число «попаданий» (угадываний), а точнее, уменьшающих число «промахов». Это временная и пространственная локальность — два главных принципа кэш-памяти, благодаря которым процессор выбирает, какие данные нужно поместить из оперативной памяти в кэш.
Временная локальность
Процессор смотрит, какие данные недавно содержались в его кэше, и снова помещает их в кэш. Все просто: высока вероятность того, что выполняя какие-либо задачи, пользователь, скорее всего, повторит эти же действия. Процессор подгружает в ячейки сверхбыстрой памяти наиболее часто выполняемые задачи и сопутствующие команды, чтобы иметь к ним прямой доступ и мгновенно обрабатывать запросы.
Пространственная локальность
Принцип пространственной локальности несколько сложней. Когда пользователь выполняет какие-то действия, процессор помещает в кэш не только данные, которые находятся по одному адресу, но еще и данные, которые находятся в соседних адресах. Логика проста — если пользователь работает с какой-то программой, то ему, возможно, понадобятся не только те команды, которые уже использовались, но и сопутствующие «слова», которые располагаются рядом.
Набор таких адресов называется строкой (блоком) кэша, а количество считанных данных — длиной кэша.
При пространственной локации процессор сначала ищет данные, загруженные в кэш, и, если их там не находит, то обращается к оперативной памяти.
Иерархия кэш-памяти
Любой современный процессор имеет в своей структуре несколько уровней кэш-памяти. В спецификации процессора они обозначаются как L1, L2, L3 и т. д.
Если провести аналогию между устройством кэш-памяти процессора и рабочим местом, скажем столяра или представителя любой другой профессии, то можно увидеть интересную закономерность. Наиболее востребованный в работе инструмент находится под рукой, а тот, что используется реже, расположен дальше от рабочей зоны.
Так же организована и работа быстрых ячеек кэша. Ячейки памяти первого уровня (L1) располагаются на кристалле в непосредственной близости от вычислительного ядра. Эта память — самая быстрая, но и самая малая по объему. В нее помещаются наиболее востребованные данные и команды. Для передачи данных оттуда потребуется всего около 5 тактовых циклов. Как правило, кэш-память первого уровня состоит из двух блоков, каждый из которых имеет размер 32 КБ. Один из них — кэш данных первого уровня, второй — кэш инструкций первого уровня. Они отвечают за работу с блоками данных и молниеносное обращение к командам.
Кэш второго и третьего уровня больше по объему, но за счет того, что L2 и L3 удалены от вычислительного ядра, при обращении к ним будут более длительные временные интервалы. Более наглядно устройство кэш-памяти проиллюстрировано в следующем видео.
Кэш L2, который также содержит команды и данные, занимает уже до 512 КБ, чтобы обеспечить необходимый объем данных кэшу нижнего уровня. Но на обработку запросов уходит в два раза больше времени. Кэш третьего уровня имеет размеры уже от 2 до 32 МБ (и постоянно увеличивается вслед за развитием технологий), но и его скорость заметно ниже. Она превышает 30 тактовых циклов.
Процессор запрашивает команды и данные, обрабатывая их, что называется, параллельными курсами. За счет этого и достигается потрясающая скорость работы. В качестве примера рассмотрим процессоры Intel. Принцип работы таков: в кэше хранятся данные и их адрес (тэг кэша). Сначала процессор ищет их в L1. Если информация не найдена (возник промах кэша), то в L1 будет создан новый тэг, а поиск данных продолжится на других уровнях. Для того, чтобы освободить место под новый тэг, информация, не используемая в данный момент, переносится на уровень L2. В результате данные постоянно перемещаются с одного уровня на другой.
С кэшем связан термин «сет ассоциативности». В L1 блок данных привязан к строкам кэша в определенном сете (блоке кэша). Так, например, 8-way (8 уровень ассоциативности) означает, что один блок может быть привязан к 8 строкам кэша. Чем выше уровень, тем выше шанс на попадание кэша (процессор нашел требуемую информацию). Есть и недостатки. Главные — усложнение процесса и соответствующее снижение производительности.
Также при хранении одних и тех же данных могут задействоваться различные уровни кэша, например, L1 и L3. Это так называемые инклюзивные кэши. Использование лишнего объема памяти окупается скоростью поиска. Если процессор не нашел данные на нижнем уровне, ему не придется искать их на верхних уровнях кэша. В этом случае задействованы кэши-жертвы. Это полностью ассоциативный кэш, который используется для хранения блоков, вытесненных из кэша при замене. Он предназначен для уменьшения количества промахов. Например, кэши-жертвы L3 будут хранить информацию из L2. В то же время данные, которые хранятся в L2, остаются только там, что помогает сэкономить место в памяти, однако усложняет поиск данных: системе приходится искать необходимый тэг в L3, который заметно больше по размеру.
В некоторых политиках записи информация хранится в кэше и основной системной памяти. Современные процессоры работают следующим образом: когда данные пишутся в кэш, происходит задержка перед тем, как эта информация будет записана в системную память. Во время задержки данные остаются в кэше, после чего их «вытесняет» в ОЗУ.
Итак, кэш-память процессора — очень важный параметр современного процессора. От количества уровней кэша и объема ячеек сверхбыстрой памяти на каждом из уровней, во многом зависит скорость и производительность системы. Особенно хорошо это ощущается в компьютерах, ориентированных на гейминг или сложные вычисления.