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.
Когда речь идет об информационных технологиях, очень часто можно услышать такое слово как "кэш". Однако, далеко не все люди знают зачем он нужен, для каких целей применяется и прочее. Поэтому в рамках данной статьи я рассмотрю вопрос что такое кэш , а так же расскажу о некоторых нюансах и проблемах, связанных с использованием кэша.
Но, прежде, чем продолжать, пара слов. Существует много различных технологий и практических реализаций кэша, поэтому в рамках данной статьи я не буду заострять на них внимание и углубляться в детали, так как найти полную информацию о каждом типе кэширования очень легко. Другими словами, статья предназначена для тех людей, которым просто интересно узнать, что это за штука, как она устроена, какие с ней бывают проблемы и прочее.
Итак. начнем.
Разберем что такое кэш
Кэш - это временное хранилище данных (файлов, информации и прочего), которое позволяет существенно экономить время и ресурсы. Стоит сразу отметить, что я намеренно не указал за счет чего происходит экономия, так как в зависимости от технологий это может происходить благодаря разным факторам.
Самый простой способ понять, что такое кэш. Это представить себе два варианта просмотра видео. В первом случае, вы когда-то давно скачали фильм и смотрите его с жесткого диска. Во втором случае, смотрите ролик через браузер в интернете. Фильм в обоих случаях один и тот же. Однако, первый метод позволяет вам приступить к просмотру сразу. Второй же подход требует от вас подождать того момента, когда загрузится хотя бы часть видео. Как видите, первый метод позволяет вам насладится художеством гораздо быстрее. Если говорить о кэше, то в данном случае это каталог, где хранятся ваши фильмы, а экономия достигается за счет того, что файл с роликом у вас уже есть и что скорость чтения с жесткого диска существенно быстрее, чем скорость скачивания файлов из интернета.
Приведу другой пример. Практически каждый день вы открываете сайты в браузере и, наверное, замечали, что если сайт открывается первый раз, то это происходит долго. Все последующие открытия страниц происходят гораздо быстрее. Почему так получается? Сегодня, чтобы сайт мог красиво отобразиться в браузере, последнему необходимо скачать кучу файлов, которые в сумме легко могут занимать более 1-5 Мб. Если при каждом посещении страницы будет необходимо снова и снова скачивать эти файлы, то сайт будет очень медленно открываться. Чтобы этого не происходило и страницы при повторном посещении открывались быстро, браузер сохраняет эти файлы у себя во временном каталоге, помечая их метками о сайтах, откуда они были скачаны. Этот каталог и представляет собой кэш. Разница в скорости происходит из-за того же, что и в случае с примером про фильмы.
Если говорить об аппаратуре и устройствах компьютера, такой как процессор и жестком диске, то там ситуация с кэшем немного иная. Рассмотрим как пример процессор. Его кэш представляет собой просто очень быструю память (примерно в 10 раз быстрее оперативной памяти), которую сложно сделать большой по размеру вмещаемых данных. Так, например, вы никогда не встретите процессоры с кэш-памятью размером в 1 Гб. Сам этот кэш хранит в себе машинные коды, которые необходимо выполнять процессору, и часто используемые данные. Экономия достигается за счет того, что в то время, когда процессор выполняет команды, параллельно из оперативной памяти записываются следующие машинные коды в кэш. Если чуть проще, то суть в одновременном наполнении кэша следующими кодами и выполнении процессором уже загруженных кодов. Кроме того, как уже говорил, в кэше так же хранятся данные, к которым процессору необходимо часто обращаться.
Примечание : Вообще кэширование у процессора устроено более сложно, чем я описал, но в общем и целом по смыслу происходит именно так.
Как видите, кэш может быть реализован разными методами, а прирост производительности и экономия достигаться за счет разных факторов.
Какие бывают проблемы с кэшем
Проблемы с кэшем в основном строятся на том факте, что при повторном использовании ранее сохраненных данных эта информация может быть уже неактуальной. Возникать это может как из-за ошибок системы кэширования, так и из-за повреждения данных другими системами (программами).
Примечание : Конечно, бывают случаи с проблемами из-за сбоев самих устройств, но это очень редкие случаи.
Рассмотрим несколько обыденных проблем с кэшем, с которыми сталкивается практически каждый человек:
1. В эпоху интернета, сложно не отметить проблемы с кэшем браузера . Суть в данном случае проста. Как уже говорил, браузер сохраняет файлы, необходимые для красивого и корректного отображения сайтов. Если на сайте эти файлы редактировались, а браузер не скачал их отредактированную версию, то, вероятнее всего, будут возникать ошибки - кнопки не запускаться, стили съезжать, "кракозябры" появляться и прочее. Именно поэтому, часто можно услышать совет при проблемах с сайтами - почистить кэш браузера. Если вы ранее считали, что эта шутка и кто-то вас подкалывает, то это не так.
2. У программ бывают проблемы с кэшем . Как уже говорилось, временное хранилище может быть организовано разными методами и предназначено для разных целей. Так, например, некая программа может хранить в кэше промежуточные результаты, которые требуют существенного времени на их вычисление. Если эти вычисления зависят от чего-либо, то периодически могут возникать проблемы из-за того, что данные в кэше не были пересчитаны. И тут так же часто советуют либо запустить функцию очистки кэша, либо удалить определенные файлы.
3. Проблемы с кэшем из-за сбоев Windows . Операционная система Windows содержит ошибки. И в самом этом факте нет ничего удивительного. Практически любая обычная программа содержит в себе ошибки. А Windows это куда более сложная система. Например, возьмем тот же браузер. Как уже говорилось, браузер делает пометки для файлов, находящихся в кэше, чтобы всегда можно было отслеживать насколько актуальными являются версии файлов. Теперь, представьте, что файлы на сайте не менялись, но из-за ошибки Windows файлы в кэше были испорчены. Как вы, наверное, уже догадались, в таком случае сайты будут открываться с ошибками, так как по сведениям браузера файлы актуальны и их не нужно скачивать, а по факту все наоборот.
Кэш (cache) браузера - это папка с копиями некоторых данных со страниц, которые вы посещали. Обычно в кэше сохраняются те элементы страницы, которые вряд ли успели измениться за промежуток времени между двумя запросами, - музыка, видео, изображения, стили, скрипты. При повторном просмотре страниц Яндекс.Браузер уже не будет запрашивать эти данные из интернета, а извлечет их из кэша. Использование кэша снижает нагрузку на сеть и повышает скорость загрузки страниц.
Пример использования кэша
Когда вы начинаете смотреть онлайн-видео, отображаются указатели и просмотренного и загруженного видео. После полной загрузки можно отключиться от интернета и досмотреть ролик или фильм. Загруженное видео сохраняется в кэше на вашем компьютере и в дальнейшем считывается с локального жесткого диска.
","hasTopCallout":true,"hasBottomCallout":true,"areas":[{"shape":"circle","direction":["bottom","right"],"alt":"Доля просмотренного видео","coords":,"isNumeric":false,"hasTopCallout":false,"hasBottomCallout":true},{"shape":"circle","direction":["top","right"],"alt":"Доля загруженного в кэш видео","coords":,"isNumeric":false,"hasTopCallout":true,"hasBottomCallout":false}]}}">
Приватность и кэш
Сохранение данных в кэше несет следующие риски для вашей приватности:
- Если доступ к компьютеру имеют несколько пользователей, любой из них может увидеть в папке с кэшем изображения, которые вы ранее просматривали. Рекомендуем использовать на таких компьютерах режим Инкогнито .
- Если на компьютере присутствует вредоносное ПО, то оно может получить доступ к кэшу браузера.
Кэш - это термин из области программирования. С помощью этой штуки обеспечивается быстрый доступ к страницам интернета и некоторых программ без необходимости непрерывных перерасчетов. По сути, он работает как буферная память.
Термин «кэш» первоначально происходит из французского языка и означает «укрытие». Он так называется, потому что скрыт от пользователя. В большинстве случаев этот термин применяется в отношении браузеров. Но у другого программного обеспечения также может быть свой кэш.
Чистка кэша в Mozilla Firefox
Например, если вы открываете сайт сайт, в браузере сохраняется базовое содержимое веб-сайта - и все это находится на вашем компьютере. Этот процесс работает в фоновом режиме и незаметен для пользователя. Если вы позже вернетесь на наш сайт, содержимое кэша будет загружено с ПК. Такое технологическое решение позволяет загрузить сайт намного быстрее.
В прошлом применение кэша преследовало также цель минимизировать плату за интернет, когда она рассчитывалась по объему трафика. Сегодня кэш больше не экономит деньги, но на медленных компьютерах с медленным подключением к интернету так экономится время.
Почему надо очищать кэш?
Очистка кэша в Chrome
Существует несколько причин, по которым имеет смысл время от времени очищать кэш.
Причина 1. Он действует как своего рода кратковременная память браузера. Если кэш должен хранить все больше и больше информации, это может замедлить работу компьютера.
Причина 2. Если вы хотите сохранить определенную конфиденциальность в интернете, необходимо регулярно очищать кэш. Конечно, после этой операции вам придется снова входить в аккаунты во всех соцсетях, но ничего страшного, зато память потренируете.
Причина 3.
Иногда кэшированные файлы препятствуют отображению актуального содержимого сайтов, так как загружаются устаревшие сохраненные данные.
Вот почему фоновую память необходимо очищать вручную.
Очистка кэша: вот как это работает
Теперь мы поэтапно объясним, как очистить кэш.
- Откройте браузер.
- Удерживайте клавиши «Ctrl» + «Shift» + «Delete», чтобы очистить кэш.
- Очистите его, выбрав необходимые параметры.
Это сочетание клавиш работает совершенно одинаково во всех популярных браузерах. В большинстве из них вы можете выбрать, что именно из сохраненной в кэше информации следует удалить. Например, вы можете уничтожить все, кроме сохраненных паролей.
Очистка кэша в Opera.
Кэш нужно удалять не только в браузерах. Даже программы и системы, такие как Mac OS X, Outlook, Spotify и Xbox One можно избавить от кэша.
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.
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.
