Bộ nhớ đệm là gì? Vai trò và phân loại bộ nhớ đệm

Bộ nhớ đệm là gì? Thành phần, đặc điểm, cách thức hoạt động và vai trò của cache trong máy tính là gì? Hãy cùng QUANGCAOHOT tìm hiểu chi tiết hơn qua bài viết dưới đây, hãy xem qua cache, chức năng chính của nó là lưu trữ những dữ liệu tạm thời này.

1. Khám phá bộ nhớ đệm (cache) là gì?

Cache (phát âm là CASH) là phần cứng hoặc phần mềm lưu trữ tạm thời dữ liệu trong môi trường máy tính.

Bộ nhớ đệm

Trong số đó, dữ liệu được tổng hợp thành một dạng thông tin, có thể được di chuyển hoặc xử lý dễ dàng hơn. Về mặt công nghệ thông tin, dữ liệu là thông tin được chuyển thành dạng số nhị phân. Dữ liệu có thể được dùng làm chủ ngữ số ít hoặc số nhiều. Dữ liệu thô là một thuật ngữ dùng để mô tả dữ liệu ở định dạng kỹ thuật số cơ bản nhất.

Trong môi trường máy tính, dữ liệu thường được cache (lưu trữ) trong quá trình truyền để rút ngắn thời gian truy cập, từ đó giảm độ trễ và cải thiện đầu vào (input) / đầu ra (output), viết tắt là (I / O). Vì hầu hết tất cả khối lượng công việc của ứng dụng đều dựa vào các hoạt động I / O, bộ nhớ đệm được sử dụng để cải thiện hiệu suất của ứng dụng.

Bộ nhớ đệm (phát âm là “caching”) là quá trình lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ đệm.

2. Ví dụ về cache (cache)

Các trình duyệt web như Internet Explorer, Firefox, Safari và Chrome sử dụng cache của trình duyệt để cải thiện hiệu suất của các trang web thường xuyên truy cập (trang web). Khi bạn truy cập một trang web, tệp được trình duyệt yêu cầu sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính trong bộ nhớ cache của trình duyệt.

Nếu bạn nhấp vào “Quay lại” và quay lại trang này, trình duyệt có thể truy xuất hầu hết các tệp được yêu cầu từ bộ nhớ cache thay vì gửi yêu cầu gửi lại tất cả các tệp này. Phương thức này được gọi là caching đọc.

Trình duyệt đọc dữ liệu từ cache của trình duyệt nhanh hơn nhiều so với đọc lại tệp từ trang web.

3. Thuật toán bộ nhớ đệm (cache)

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

Ít được sử dụng nhất (LFU, ít được sử dụng nhất)
Sử dụng bộ đếm để theo dõi tần suất các mục được truy cập; các mục có ít lần truy cập nhất sẽ bị xóa trước.

Ít được sử dụng gần đây (LRU, ít được sử dụng gần đây nhất)
Đặt mục được sử dụng gần đây nhất ở đầu bộ nhớ cache; khi đạt đến giới hạn bộ nhớ cache, mục ít được truy cập gần đây nhất sẽ bị xóa (mục cuối cùng).

Được sử dụng gần đây (MRU, được sử dụng gần đây nhất)
Ưu tiên loại bỏ các mục đã sử dụng gần đây; phương pháp này đặc biệt thích hợp cho các trường hợp có nhiều khả năng tiếp cận các mục cũ hơn.

4. Các loại cache

Ghi lại bộ nhớ cache
Cache ghi lại cho phép các hoạt động được ghi vào bộ nhớ, bỏ qua bộ nhớ cache hoàn toàn.

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

Điểm bất lợi là dữ liệu sẽ không được lưu trữ trừ khi dữ liệu được đọc từ bộ nhớ. Do đó, việc đọc ban đầu sẽ tương đối chậm do dữ liệu chưa được cache (chưa được cache).

Ghi qua bộ nhớ cache
Bộ nhớ cache ghi qua ghi đè dữ liệu vào bộ nhớ cache và lưu trữ.

-Ưu điểm của phương pháp này là dữ liệu mới ghi luôn được lưu vào cache, cho phép dữ liệu luôn được đọc một cách nhanh chóng.

Một nhược điểm là thao tác ghi không được coi là hoàn tất cho đến khi dữ liệu đã được ghi vào bộ nhớ đệm và bộ nhớ chính. Điều này có thể khiến cache ghi qua bộ nhớ đệm gây ra sự chậm trễ khi ghi.

Ghi lại bộ nhớ cache
Ghi lại bộ đệm ẩn, nghĩa là, tất cả các hoạt động ghi được chuyển trực tiếp đến bộ đệm. Sự khác biệt duy nhất với bộ đệm ghi lại là một khi dữ liệu được lưu trữ, hoạt động ghi được coi là hoàn tất. Sau đó sao chép dữ liệu từ bộ nhớ đệm vào bộ nhớ (lưu trữ). Theo phương pháp này, sẽ luôn có một số độ trễ trong hoạt động đọc và ghi.

Điểm bất lợi là, phụ thuộc vào cơ chế bộ nhớ đệm được sử dụng, dữ liệu có thể dễ dàng bị mất trước khi được đưa vào bộ nhớ.

5. Các trường hợp sử dụng cache phổ biến

Máy chủ bộ nhớ đệm
Một máy chủ web chuyên dụng hoặc dịch vụ hoạt động như một máy chủ lưu trữ cục bộ các trang web hoặc nội dung Internet khác. Điều này đôi khi được gọi là bộ nhớ đệm proxy.

Bộ nhớ đệm

Bộ nhớ đệm trên đĩa
Bộ đệm đĩa lưu trữ dữ liệu đã đọc gần đây nhất và các vùng dữ liệu liền kề có thể sớm được truy cập. Một số bộ đệm đĩa được thiết kế để lưu trữ dữ liệu dựa trên tần suất nó được đọc. Các khối lưu trữ thường xuyên được đọc, được gọi là khối nóng và được tự động chuyển vào bộ nhớ đệm.

Bộ nhớ đệm
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM, Random access memory) là bộ nhớ có thể được bộ xử lý máy tính truy cập nhanh hơn RAM thông thường. Caching thường được kết nối trực tiếp với CPU và được sử dụng để lưu trữ các lệnh thường xuyên được truy cập bởi tiến trình đang chạy. Mặc dù cache RAM (RAM cache) nhanh hơn nhiều so với bộ nhớ đệm dựa trên đĩa nhưng bộ nhớ đệm vẫn nhanh hơn nhiều so với cache RAM vì nó ở gần CPU.

Thiết bị flash (bộ nhớ cache flash)

Bộ nhớ đệm


Lưu trữ tạm thời dữ liệu trên chip nhớ flash NAND — thường ở dạng ổ lưu trữ thể rắn (SSD) — cho phép các yêu cầu dữ liệu được đáp ứng với tốc độ cao hơn so với hệ thống lưu trữ trong ổ đĩa cứng truyền thống (HDD, ổ đĩa cứng).

6. Cách tăng bộ nhớ đệm (cache)

Cache là một phần của phức hợp CPU, vì vậy nó được chứa trong chính CPU hoặc được nhúng trong chip trên bo mạch hệ thống. Nói chung, cách duy nhất để tăng caching là cài đặt bo mạch hệ thống thế hệ tiếp theo và CPU thế hệ tiếp theo tương ứng. Một số bo mạch hệ thống cũ có chứa các khe trống có thể được sử dụng để tăng dung lượng caching, nhưng hầu hết các bo mạch hệ thống mới hiện nay không bao gồm khe cắm này.

7. Kiến thức bổ sung về bộ đệm và cache

Bộ đệm giống như bộ nhớ đệm, nó cũng là nơi lưu trữ dữ liệu tạm thời. Tuy nhiên, mục đích chính của vùng đệm là để hấp thụ nhu cầu cao điểm. Ví dụ: bộ đệm ghi có thể sử dụng bộ nhớ flash để lưu trữ tạm thời các thao tác ghi, sau đó di chuyển dữ liệu được ghi gần đây nhất vào bộ lưu trữ chính của thiết bị, giúp hệ thống dễ dàng hơn khi có tài nguyên. Trong trường hợp này, bộ lưu trữ SSD nhanh hơn bộ 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 nơi lưu trữ dữ liệu tạm thời.

Viết một bình luận