Czym jest cache?
Cache, znany również jako pamięć podręczna, stanowi kluczowy element w wyposażeniu systemów komputerowych, występujący zarówno w sprzęcie, jak i aplikacjach. Pamięć podręczna to zarezerwowana przestrzeń dla danych, wspomagająca sprzęt lub aplikację poprzez przyspieszenie ich działania. W uproszczony sposób można sobie ją wyobrazić jako teczkę, umieszczoną obok komputera, zawierającą niezbędne dokumenty ułatwiające pracę. Choć teczka ma mniejszą pojemność niż duży segregator lub szafa z wieloma segregatorami, wpływa pozytywnie na szybkość pracy, umożliwiając łatwy dostęp do potrzebnych materiałów. Niemniej jednak, aby pomieścić nowe dokumenty, czasem trzeba opróżnić tę teczkę. Analogicznie działa cache w komputerach i programach, choć oczywiście jest to bardziej złożony mechanizm niż opisany przykład z teczką.
Pamięć podręczna przechowuje dane tymczasowo, zapewniając programom i urządzeniom szybki dostęp do nich, dopóki dane te pozostają w niej zapisane. Cache gromadzi kopie danych o niewielkim rozmiarze, charakteryzujące się niemal natychmiastowym odczytem. To podejście ma zaletę, gdyż nie wymaga znalezienia dużej ilości miejsca na zapis danych, zarówno na kościach RAM, jak i na dysku twardym, w zależności od rodzaju cache’a.
Pamięć podręczna sklasyfikowana jest ze względu na rodzaj lokalności danych, określając, czy są one używane wielokrotnie (lokalność czasowa) czy też rokowane do użytku ze względu na bliskie sąsiedztwo z często żądanymi obiektami (lokalność przestrzenna). Dzięki temu system może płynnie wykonywać polecenia, nie musząc każdorazowo pobierać informacji potrzebnych do wcześniej przeprowadzonych operacji. Pamięć podręczna jest niezwykle istotnym elementem zarówno procesorów, jak i dysków twardych, przeglądarek internetowych czy aplikacji. Brak pamięci cache prowadzi do znacznego spowolnienia procesu wykonywania żądań, ponieważ pamięć główna charakteryzuje się gorszymi parametrami, takimi jak przepustowość czy szybkość odczytu i dostępu. Dlatego też, jeśli zastanawiasz się, czy pamięć cache jest istotna, pamiętaj, że jej brak wpływa na wydajność systemu, co skutkuje opóźnionym wykonywaniem poleceń.
Do czego służy pamięć cache?
Zadaniem pamięci podręcznej jest przechowywanie danych, które system planuje przetworzyć w krótkim okresie czasu. Jej główną zaletą jest szybkość zarówno zapisu, jak i odczytu, co sprawia, że pełni kluczową rolę w wydajności urządzenia. To wynika między innymi z ograniczonej pojemności nośnika, gdzie mniejsza ilość dostępnego miejsca skraca czas oczekiwania na odnalezienie konkretnych informacji.
Wiele różnorodnych urządzeń i programów wykorzystuje pamięć podręczną w celu zapewnienia jak najszybszego działania. Jednakże, cache może się różnić w zależności od zastosowania, co oznacza, że nie można zakładać, że ten sam typ technologii występuje zarówno w procesorze, jak i w przeglądarce internetowej. Mimo że łączą je ta sama nazwa i cel, to ich implementacja oraz sposób działania mogą być odmienne. Poniżej przedstawiamy trzy kluczowe rodzaje pamięci cache.
Cache procesora
Procesor, nazywany także centralną jednostką obliczeniową, występuje nie tylko w komputerach stacjonarnych, ale również w różnych urządzeniach, takich jak smartfony, laptopy, tablety czy nowoczesne telewizory. Jego głównym zadaniem jest wykonywanie skomplikowanych obliczeń w bardzo krótkim czasie, będąc w interakcji z programami i innymi urządzeniami. Aby przyspieszyć tę pracę, większość procesorów wyposażona jest w specjalny moduł, znany jako CPU cache, czyli pamięć podręczna procesora.
Pamięć ta znajduje się w jądrze procesora i przechowuje często używane dane oraz instrukcje, pochodzące np. z pamięci RAM. Współczesne procesory wykorzystują wielopoziomową pamięć podręczną, oznaczaną jako L-1, L-2 i L-3.
Możemy sobie wyobrazić piramidę ilustrującą szybkość pamięci, gdzie na szczycie znajduje się pamięć cache procesora, a poniżej RAM i dyski twarde. Jeśli kryterium to jest czas reakcji, to pamięć cache procesora zajmuje pierwsze miejsce, ponieważ działa ona najszybciej, co wynika z jej lokalizacji (zintegrowanej z chipem procesora). Pamięć cache charakteryzuje się również niskimi opóźnieniami – z powodu ograniczonej ilości miejsca (pojemność pamięci cache procesora jest podawana w megabajtach), urządzenie nie traci czasu na poszukiwanie wolnej przestrzeni.
Pamięć podręczna procesora, jak już wspomniano, dzieli się na trzy poziomy, które różnią się między sobą pod względem szybkości zapisu, odczytu i dostępnej przestrzeni. Wyjaśniamy je poniżej.
- L-1 cache – pamięć cache poziomu 1 zazwyczaj jest zintegrowana z chipem procesora, oferując największą prędkość (choć najmniejszą ilość miejsca na zapis). Procesor najczęściej korzysta z pamięci L-1 cache.
- L-2 cache – oferuje większą dostępną przestrzeń niż L-1, ale jest jednocześnie wolniejsza. Znajduje się między procesorem a pamięcią RAM. Procesor odwołuje się do niej, gdy dane nie zostały odnalezione w cache L-1.
- L-3 cache – najwolniejsza, ale oferuje najwięcej dostępnej przestrzeni na dane spośród wszystkich trzech poziomów. Procesor sięga po nią, gdy dane nie zostały znalezione na dwóch pierwszych poziomach. W przypadku braku danych w pamięci L-3 cache, mówimy o cache miss, co zmusza procesor do przeszukania pamięci RAM i dysków, co istotnie wpływa na czas odczytu.
Cache przeglądarki internetowej
Każda odwiedzona przez Ciebie strona internetowa, niezależnie od używanej przeglądarki, przesyła pewne informacje do Twojego urządzenia. Na przykład, gdy wejdziesz na stronę sklepu Morele.net, zostanie przesłane charakterystyczne logo tej strony. Po zapoznaniu się z poradnikiem wejdziesz ponownie na stronę sklepu, gdzie logo wciąż jest widoczne. Zamiast jednak pobierać je ponownie z serwera, Twoja przeglądarka korzysta z pamięci podręcznej, co pozwala na jednorazowe pobranie tego elementu.
Pamięć podręczna przeglądarki służy do zapisywania różnych informacji ze stron internetowych bezpośrednio na Twoim komputerze. Obejmuje to wspomniane wcześniej obrazki, pliki cookie, style CSS, pliki HTML opisujące stronę oraz wiele innych elementów, które wspólnie tworzą kompletny obraz strony. Dlatego też, gdy czyścisz pamięć podręczną przeglądarki, wszystkie te elementy muszą zostać pobrane na nowo przy kolejnej wizycie na stronie, a proces logowania może być ponownie wymagany (jeśli pliki cookie zostały usunięte).
Cache dysku twardego
Pamięć podręczna na dysku twardego (HDD) pełni funkcję umożliwiającą błyskawiczny dostęp do danych, które pamięć masowa przetwarza zbyt powoli. W praktyce oznacza to, że programy zapisane na komputerze mogą działać szybciej. Dodatkowo, pamięć podręczna dysku twardego odpowiada za efektywny przekaz informacji między tym dyskiem a kontrolerem. Zasada proporcjonalności wskazuje, że większa pojemność dysku przekłada się na większy rozmiar cache.
Średnio pamięć w zakresie od 128 KB do 128 MB jest podzielona między obszar odpowiedzialny za wcześniejsze odczytywanie danych i buforowanie a obszar opóźnionego zapisu. Różnice w jakości odczytywania obiektów są szczególnie zauważalne podczas korzystania z wyszukiwarki systemowej, która pozwala na automatyczne odnalezienie konkretnych plików na dysku.
Dyski HDD w urządzeniach z dostępem do Internetu posiadają miejsce do przechowywania adresów stron, które były wcześniej wyświetlane przez przeglądarkę. Inaczej mówiąc, znajduje się tam cache przeglądarki, gdzie każdy zapisywany jest jako plik cache. Te pliki zawierają wszystkie niezbędne informacje o witrynach, które odwiedziłeś. Dzięki temu przechowywaniu można uniknąć konieczności ponownego pobierania tych informacji, aby uruchomić ulubioną stronę internetową.
W obu przypadkach zaleca się okresowe, ale regularne czyszczenie pamięci podręcznej. Aby to zrobić, wystarczy skorzystać z opcji dostępnych w ustawieniach obu obszarów.
Jak wyczyścić pamięć podręczną w przeglądarce?
Pamięć cache stanowi istotny element, znacznie poprawiający wydajność urządzeń. Bez niej trudno byłoby osiągnąć płynne korzystanie z wielu funkcji. Jednym z efektywnych sposobów na zwiększenie wydajności urządzeń jest wymiana karty graficznej, przy czym popularnością cieszą się karty graficzne takie jak MSI czy ASUS. Jednak warto również pamiętać, że regularne czyszczenie pamięci cache może być równie pomocne. Procedura czyszczenia zależy od używanej przeglądarki internetowej, a jej wykonanie obejmuje serię prostych kroków, zazwyczaj jasno opisanych.
Proces rozpoczyna się od wybrania opcji “Więcej” w prawym górnym rogu przeglądarki, a następnie przechodzimy kolejno do:
- Historii,
- Wyczyść dane przeglądania,
- Wybieramy zakres czasowy (opcjonalnie),
- Zaznaczamy “Pliki cookie i dane witryn” oraz “Obrazy i pliki zapisane w pamięci podręcznej”,
- Klikamy “Wyczyść dane”.
Instrukcje dotyczące czyszczenia pamięci cache w innych przeglądarkach można znaleźć w sekcji “Pomoc”. Niezależnie od używanej przeglądarki, regularne korzystanie z opcji czyszczenia jest zalecane. Warto jednak pamiętać, że po wyczyszczeniu pamięci podręcznej niektóre strony mogą ładować się początkowo wolniej, ponieważ brakować będzie zapisanych danych w pamięci cache. Jest to jednak korzystne działanie, ponieważ zwalniając miejsce w pamięci cache, możemy być pewni, że pożądane dane zostaną ponownie zapisane. Przed czyszczeniem pamięci cache ważne jest także pamiętanie, że na niektórych stronach może być konieczne ponowne zalogowanie się.
Podsumowanie
Pamięć podręczna to składnik technologicznego środowiska, który ma wpływ na szybkość i efektywność naszych urządzeń. Mimo że pojęcie, czym jest cache i jak nim zarządzać, może wydawać się złożone, w rzeczywistości jest to dość prosty element, który może przynieść liczne korzyści.