Sự khác biệt giữa bộ nhớ cache và bộ nhớ ảo

Bộ nhớ cache và bộ nhớ ảo
 

Sự khác biệt giữa bộ nhớ đệm và bộ nhớ ảo tồn tại trong mục đích mà hai cái này được sử dụng và trong sự tồn tại vật lý. Bộ nhớ cache là một loại bộ nhớ được sử dụng để cải thiện thời gian truy cập của bộ nhớ chính. Nó nằm giữa CPU và bộ nhớ chính và có thể có một số mức lưu trữ như L1, L2 và L3. Loại phần cứng được sử dụng cho bộ nhớ đệm đắt hơn nhiều so với RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) được sử dụng cho bộ nhớ chính vì bộ nhớ đệm nhanh hơn nhiều. Vì lý do này, dung lượng bộ nhớ cache rất nhỏ. Bộ nhớ ảo là một kỹ thuật quản lý bộ nhớ được sử dụng để sử dụng hiệu quả RAM (bộ nhớ chính) trong khi cung cấp một không gian bộ nhớ riêng cho mỗi chương trình thậm chí còn lớn hơn dung lượng RAM thực tế (bộ nhớ chính). Ở đây đĩa cứng được sử dụng để mở rộng bộ nhớ. Các mục trong RAM vật lý được truyền qua lại bằng đĩa cứng.

Bộ nhớ cache là gì?

Bộ nhớ cache là một loại bộ nhớ nằm giữa CPU (Bộ xử lý trung tâm) và RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên). Mục đích của bộ nhớ đệm là giảm thời gian truy cập bộ nhớ của CPU từ RAM. Bộ nhớ cache nhanh hơn nhiều so với RAM. Vì vậy, thời gian truy cập trên bộ đệm ít hơn nhiều so với thời gian truy cập trên RAM. Nhưng chi phí bộ nhớ được sử dụng cho bộ nhớ đệm cao hơn nhiều so với chi phí bộ nhớ được sử dụng cho RAM và do đó, dung lượng của bộ nhớ đệm rất nhỏ. Loại bộ nhớ được sử dụng cho bộ nhớ đệm được gọi là SRAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh).

Bất cứ khi nào CPU muốn truy cập bộ nhớ, trước tiên, nó sẽ kiểm tra xem những gì nó cần nằm trong bộ nhớ đệm. Nếu có, nó sẽ có thể truy cập nó với độ trễ ít nhất. Nếu nó không nằm trong bộ đệm, thì nội dung được yêu cầu sẽ được sao chép từ RAM vào bộ đệm và sau đó chỉ CPU sẽ truy cập nó từ bộ đệm. Ở đây, khi sao chép nội dung từ bộ đệm, không chỉ nội dung trong địa chỉ bộ nhớ được yêu cầu mà cả nội dung gần đó cũng được sao chép vào bộ đệm. Vì vậy, lần sau có khả năng cao xảy ra lỗi bộ nhớ cache vì hầu hết các chương trình máy tính truy cập dữ liệu gần đó hoặc dữ liệu được truy cập lần cuối hầu hết thời gian. Vì vậy, do bộ nhớ cache, độ trễ bộ nhớ trung bình giảm.

Trong CPU, có ba loại bộ nhớ cache: Bộ nhớ cache hướng dẫn để lưu trữ hướng dẫn chương trình, Bộ đệm dữ liệu để lưu trữ các mục dữ liệu và Bộ đệm dịch sang một bên để lưu trữ ánh xạ bộ nhớ. Đối với bộ đệm dữ liệu, nói chung, có bộ đệm đa cấp. Đó là, có một số bộ nhớ cache là L1, L2 và L3. Bộ nhớ cache L1 là bộ nhớ cache nhanh nhất nhưng nhỏ nhất gần CPU nhất. Bộ đệm L2 chậm hơn L1, nhưng lớn hơn L1 và nằm sau bộ đệm L1. Do hệ thống phân cấp này, thời gian truy cập bộ nhớ trung bình tốt hơn có thể đạt được với chi phí thấp hơn.

Bộ nhớ ảo là gì?

Bộ nhớ ảo là một kỹ thuật quản lý bộ nhớ được sử dụng trong các hệ thống máy tính. Không có phần cứng gọi là bộ nhớ ảo, nhưng đó là một khái niệm sử dụng RAM và đĩa cứng để cung cấp một không gian địa chỉ ảo cho các chương trình. RAM đầu tiên được chia thành các phần được gọi là các trang và chúng được xác định bởi các địa chỉ bộ nhớ vật lý. Trong đĩa cứng, một phần đặc biệt được dành riêng trong đó, trong Linux, nó được gọi là trao đổi và trong Windows, nó được gọi là tệp trang. Khi một chương trình được khởi động, nó được cung cấp một không gian địa chỉ ảo thậm chí có thể lớn hơn bộ nhớ vật lý thực tế. Không gian bộ nhớ ảo cũng được chia thành các phần được gọi là các trang và mỗi trang của bộ nhớ ảo này có thể được ánh xạ tới một trang vật lý. Bảng được gọi là bảng trang theo dõi ánh xạ này. Khi bộ nhớ vật lý hết dung lượng, những gì được thực hiện là một số trang vật lý nhất định được đẩy đến phần đặc biệt đó trong đĩa cứng. Khi cần bất kỳ trang nào được đẩy vào đĩa cứng, nó sẽ được đưa vào bộ nhớ vật lý bằng cách đặt một trang được chọn khác từ bộ nhớ vật lý vào đĩa cứng.

Sự khác biệt giữa Bộ nhớ cache và Bộ nhớ ảo là gì?

• Bộ nhớ cache là loại bộ nhớ được sử dụng để cải thiện thời gian truy cập bộ nhớ chính. Đây là loại bộ nhớ nhanh hơn nằm giữa CPU và RAM để giảm độ trễ truy cập bộ nhớ trung bình. Bộ nhớ ảo là một phương thức quản lý bộ nhớ trong đó nó là một khái niệm cho phép các chương trình có được không gian bộ nhớ ảo của riêng nó, thậm chí còn lớn hơn RAM vật lý thực có sẵn.

• Bộ nhớ cache là một loại bộ nhớ phần cứng thực sự tồn tại về mặt vật lý. Mặt khác, không có phần cứng gọi là bộ nhớ ảo vì đây là khái niệm sử dụng RAM, đĩa cứng, đơn vị quản lý bộ nhớ và phần mềm để cung cấp loại bộ nhớ ảo.

• Quản lý bộ nhớ cache được thực hiện hoàn toàn bằng phần cứng. Bộ nhớ ảo được quản lý bởi hệ điều hành (phần mềm).

• Bộ nhớ cache nằm giữa RAM và bộ xử lý. Truyền dữ liệu liên quan đến RAM, bộ nhớ cache và bộ xử lý. Mặt khác, bộ nhớ ảo liên quan đến việc truyền dữ liệu giữa RAM và đĩa cứng.

• Bộ nhớ cache có kích thước nhỏ như Kilobytes và Megabyte. Bộ nhớ ảo, mặt khác, liên quan đến kích thước khổng lồ mất hàng gigabyte.

• Bộ nhớ ảo bao gồm các cấu trúc dữ liệu như bảng trang lưu trữ ánh xạ giữa bộ nhớ vật lý và bộ nhớ ảo. Nhưng kiểu cấu trúc dữ liệu này không cần thiết cho bộ nhớ đệm.

Tóm lược:

Bộ nhớ cache và bộ nhớ ảo

Bộ nhớ cache được sử dụng để cải thiện thời gian truy cập bộ nhớ chính trong khi bộ nhớ ảo là phương thức quản lý bộ nhớ. Bộ nhớ cache là một phần cứng thực tế, nhưng không có phần cứng gọi là bộ nhớ ảo. RAM, đĩa cứng và nhiều phần cứng khác cùng với hệ điều hành tạo ra khái niệm gọi là bộ nhớ ảo để cung cấp không gian bộ nhớ ảo lớn và biệt lập cho mỗi chương trình. Nội dung trong bộ nhớ đệm được quản lý bởi phần cứng trong khi nội dung trong bộ nhớ ảo được quản lý bởi hệ điều hành.

Hình ảnh lịch sự:

1. Quá trình bộ nhớ cache của Hellisp (CC BY-SA 3.0)
2. Bộ nhớ ảo của Ehamberg (CC BY-SA 3.0)