Quelle est la différence entre la RAM et la mémoire cache ?

Si vous êtes un passionné de technologie, vous avez peut-être entendu parler des caches et de la façon dont ils fonctionnent avec la RAM de votre système pour le rendre plus rapide. Mais vous êtes-vous déjà demandé ce qu'est le cache et en quoi il est différent de la RAM ?

Eh bien, si vous en avez, vous êtes au bon endroit car nous allons examiner tout ce qui différencie la mémoire cache de la RAM.

Apprenez à connaître les systèmes de mémoire de votre ordinateur

Avant de commencer à comparer la RAM au cache, il est important de comprendre comment le système de mémoire d'un ordinateur est conçu.

Vous voyez, la RAM et le cache sont des systèmes de stockage de mémoire volatile. Cela signifie que ces deux systèmes de stockage peuvent temporairement stocker des données et ne fonctionnent que lorsqu'ils sont alimentés. Par conséquent, lorsque vous éteignez votre ordinateur, toutes les données stockées dans la RAM et le cache sont supprimées.

Pour cette raison, tout appareil informatique possède deux types différents de systèmes de stockage, à savoir la mémoire principale et la mémoire secondaire. Les disques sont la mémoire secondaire d'un système informatique où vous enregistrez vos fichiers, capables de stocker des données lorsque l'alimentation est coupée. D'autre part, les systèmes de mémoire primaires fournissent des données au CPU lorsqu'ils sont allumés.

Mais pourquoi avoir un système de mémoire sur l'ordinateur qui ne peut pas stocker de données lorsqu'il est éteint? Eh bien, il y a une grande raison pour laquelle les systèmes de stockage principaux sont essentiels pour un ordinateur.

Vous voyez, bien que la mémoire principale de votre système soit incapable de stocker des données lorsqu'il n'y a pas d'alimentation, elles sont beaucoup plus rapides par rapport aux systèmes de stockage secondaires. Concernant les chiffres, les systèmes de stockage secondaires comme les SSD ont un temps d'accès de 50 microsecondes.

En revanche, les systèmes de mémoire primaires, tels que la mémoire vive, peuvent fournir des données au CPU toutes les 17 nanosecondes. Par conséquent, les systèmes de mémoire primaires sont presque 3 000 fois plus rapides que les systèmes de stockage secondaires.

En raison de cette différence de vitesse, les systèmes informatiques sont dotés d'une hiérarchie de mémoire, ce qui permet aux données d'être transmises au processeur à des vitesses étonnamment rapides.

Voici comment les données se déplacent dans les systèmes de mémoire d'un ordinateur moderne.

• Disques de stockage (mémoire secondaire) : Cet appareil peut stocker des données de manière permanente mais n'est pas aussi rapide que le CPU. Pour cette raison, la CPU ne peut pas accéder aux données directement à partir du système de stockage secondaire.
• RAM (mémoire primaire) : Ce système de stockage est plus rapide que le système de stockage secondaire mais ne peut pas stocker les données de manière permanente. Par conséquent, lorsque vous ouvrez un fichier sur votre système, il se déplace du disque dur vers la RAM. Cela dit, même la RAM n'est pas assez rapide pour le CPU.
• Cache (mémoire primaire): Pour résoudre ce problème, un type particulier de mémoire primaire appelé mémoire cache est intégré au processeur et constitue le système de mémoire le plus rapide sur un ordinateur. Ce système de mémoire est divisé en trois parties, à savoir la Cache L1, L2 et L3. Par conséquent, toutes les données devant être traitées par le processeur sont transférées du disque dur vers la RAM, puis vers la mémoire cache. Cela dit, le CPU ne peut pas accéder aux données directement depuis le cache.
• Registres du processeur (mémoire primaire): Le registre CPU sur un appareil informatique est de taille minuscule et est basé sur l'architecture du processeur. Ces registres peuvent contenir 32 ou 64 bits de données. Une fois que les données se sont déplacées dans ces registres, la CPU peut y accéder et effectuer la tâche en cours.

Comprendre la RAM et son fonctionnement

Comme expliqué précédemment, la mémoire vive d'un appareil est responsable du stockage et de la fourniture de données au processeur pour les programmes de l'ordinateur. Pour stocker ces données, la mémoire vive utilise une cellule de mémoire dynamique (DRAM).

Cette cellule est créée à l'aide d'un condensateur et d'un transistor. Le condensateur dans cet agencement est utilisé pour stocker la charge et basé sur l'état de charge du condensateur; la cellule mémoire peut contenir soit un 1, soit un 0.

Si le condensateur est complètement chargé, on dit qu'il stocke un 1. En revanche, lorsqu'il est déchargé, on dit qu'il stocke 0. Bien que la cellule DRAM soit capable de stocker des charges, cette conception de mémoire a ses défauts.

Vous voyez, comme la RAM utilise des condensateurs pour stocker la charge, elle a tendance à perdre la charge qu'elle y a stockée. De ce fait, les données stockées dans la RAM peuvent être perdues. Pour résoudre ce problème, la charge stockée dans les condensateurs est rafraîchie à l'aide d'amplificateurs de détection, empêchant la RAM de perdre les informations stockées.

Bien que ce rafraîchissement des charges permette à la RAM de stocker des données lorsque l'ordinateur est allumé, il introduit latence dans le système car la RAM ne peut pas transmettre de données au processeur lors de son rafraîchissement, ce qui ralentit le système bas.

En plus de cela, la RAM est connectée à la carte mère, qui est, à son tour, connectée au CPU à l'aide de sockets. Par conséquent, il existe une distance considérable entre la RAM et le CPU, ce qui augmente le temps pendant lequel les données sont livrées au CPU.

Pour les raisons mentionnées ci-dessus, la RAM ne fournit des données au CPU que toutes les 17 nanosecondes. À cette vitesse, le processeur ne peut pas atteindre ses performances maximales. En effet, le processeur doit être alimenté en données tous les quarts de nanoseconde pour offrir les meilleures performances lorsqu'il fonctionne sur une fréquence de suralimentation de 4 Gigahertz.

Pour résoudre ce problème, nous avons la mémoire cache, un autre système de stockage temporaire beaucoup plus rapide que la RAM.

La mémoire cache expliquée

Maintenant que nous connaissons les mises en garde liées à la RAM, nous pouvons examiner la mémoire cache et comment elle résout le problème lié à la RAM.

Tout d'abord, la mémoire cache n'est pas présente sur la carte mère. Au lieu de cela, il est placé sur le CPU lui-même. De ce fait, les données sont stockées plus près du processeur, ce qui lui permet d'accéder plus rapidement aux données.

De plus, la mémoire cache ne stocke pas les données de tous les programmes exécutés sur votre système. Au lieu de cela, il ne conserve que les données fréquemment demandées par le processeur. En raison de ces différences, le cache peut envoyer des données au processeur à des vitesses étonnamment rapides.

De plus, par rapport à la RAM, la mémoire cache utilise des cellules statiques (SRAM) pour stocker les données. Par rapport aux cellules dynamiques, la mémoire statique n'a pas besoin d'être actualisée car elle n'utilise pas de condensateurs pour stocker les charges.

Au lieu de cela, il utilise un ensemble de 6 transistors pour stocker des informations. Grâce à l'utilisation de transistors, la cellule statique ne perd pas de charge au fil du temps, ce qui permet au cache de fournir des données au CPU à des vitesses beaucoup plus rapides.

Cela dit, la mémoire cache a aussi ses défauts. D'une part, il est beaucoup plus coûteux par rapport à la RAM. De plus, une cellule de RAM statique est beaucoup plus grande qu'une DRAM, car un ensemble de 6 transistors est utilisé pour stocker un bit d'information. Ceci est sensiblement plus grand que la conception à condensateur unique de la cellule DRAM.

Pour cette raison, la densité de mémoire de la SRAM est beaucoup plus faible et il n'est pas possible de placer une seule SRAM avec une grande taille de stockage sur la puce du processeur. Par conséquent, pour résoudre ce problème, la mémoire cache est divisée en trois catégories, à savoir les caches L1, L2 et L3, et est placée à l'intérieur et à l'extérieur du CPU.

RAM contre Mémoire cache

Maintenant que nous avons une compréhension de base de la RAM et du cache, nous pouvons voir comment ils se comparent.

La mémoire cache est beaucoup plus rapide que la RAM

La RAM et le cache sont des systèmes de mémoire volatile, mais les deux remplissent des tâches distinctes. D'une part, la RAM stocke les programmes en cours d'exécution sur votre système, tandis que le cache prend en charge la RAM en stockant les données fréquemment utilisées à proximité du processeur, ce qui améliore les performances.

Par conséquent, si vous recherchez un système offrant de grandes performances, il est essentiel de regarder la RAM et le cache qui l'accompagnent. Un équilibre exceptionnel entre les deux systèmes de mémoire est essentiel pour tirer le meilleur parti de votre PC.