Existují dvě hlavní třídy mezipaměti, mezipaměť pro čtení a mezipaměť pro zápis. Čtecí mezipaměť je nástroj, který poskytuje rychlý přístup k jinak datům, ke kterým by byl jinak přístup pomalý. Zápisová mezipaměť je nástroj, který nabízí iluzi vysokých rychlostí zápisu a obecně před uživatelem skrývá skutečnou nízkou rychlost paměťového zařízení.
Struktura mezipaměti
Mezipaměť je obvykle uložena o jednu paměťovou vrstvu níže než skutečná data. Data z jedné mezipaměti však mohou být dále ukládána do mezipaměti v další vrstvě paměti. Existují čtyři úrovně paměti, přičemž mezipaměť/registry CPU jsou nejnižší a nejrychlejší vrstvou a archivní úložiště je nejvyšší a nejpomalejší vrstva. Nejnižší až nejvyšší úrovně jsou mezipaměť/registry CPU, systémová RAM, úložné jednotky a archivační úložiště.
Každý krok níže v úrovních paměti nabízí vyšší rychlost přístupu, ale sníženou kapacitu. Většina domácích uživatelů má pouze nejnižší tři úrovně úložiště v reálném světě. Archivní úložiště obecně označuje páskové úložiště určené pro dlouhodobé a offline úložiště. Archivní úložiště může také odkazovat na použití optických nebo jiných standardních paměťových médií, která byla odstraněna ze zařízení a jsou udržována offline. Tyto příklady se výrazně častěji vyskytují v domácnosti, ale stále nejsou tak časté.
Poznámka: Do určité míry lze cloudové úložiště považovat za variantu archivního úložiště. Je z velké části online, ale není nutně přístupný okamžitě a je obecně pomalý. Vyměnitelná média, jako je USB paměť, také poněkud překračují hranici mezi úložnou jednotkou a archivačním úložištěm.
Typy diskové mezipaměti
Disková mezipaměť označuje jakoukoli mezipaměť na „disku“, tedy úložné jednotky, jako jsou SSD a HDD. Existují tři typy mezipaměti disku. Mezipaměť pro čtení by zahrnovala dočasné zkopírování některých dat z archivního úložiště, aby byl přístup rychlejší, když je potřeba. Zápisová mezipaměť může mít podobu mezipaměti SLC na SSD. Mezipaměť I/O by obecně byla nějaká flash paměť nebo DRAM používaná pro mezipaměť operací čtení i zápisu. Charakteristickým rysem všech těchto je, že mezipaměť je na samotném disku.
Přečtěte si mezipaměť disku
Verze mezipaměti pro čtení diskové mezipaměti je pravděpodobně nejméně používaný typ mezipaměti disku. Archivní úložiště je ze své definice jen zřídka potřeba. Data lze také číst přímo z archivních médií. Problémem je rychlost. Přístupová doba je pomalá, protože data jsou offline, což vyžaduje identifikaci a připojení vhodného úložného zařízení. Rychlosti čtení závisí na archivačním médiu, ale pro většinu případů budou obecně dostačující. Ale nemusí být ideální pro požadavky na velkou šířku pásma, jako je sledování videa ve vysokém rozlišení. V těchto scénářích lze čtecí diskovou mezipaměť použít k vyrovnávací paměti kopie souboru videa na paměťové médium, které ji může přehrávat v reálném čase.
Zápis do mezipaměti disku
Moderní SSD disky jsou bleskurychlé a nabízejí neuvěřitelně vysoké rychlosti čtení a zápisu. Možná si neuvědomujete, že to není technicky pravda. Většina SSD na trhu je TLC, neboli Triple Layer Cells. To znamená, že každá paměťová buňka může uložit tři bity dat. I když to nabízí třikrát větší hustotu úložiště než surové SLC (Single Layer Cells) s jedním bitem na buňku, je to také mnohem pomalejší.
Spropitné: TLC blesk je stále rychlý. Je to mnohonásobně rychlejší než špičková šířka pásma sběrnice SATA 3 používaná HDD a staršími SSD. QLC flash nebo Quad Level Cells jsou ještě pomalejší, v některých testech skutečně fungují pomaleji než HDD.
Mezipaměť SLC byla vynalezena, aby před uživatelem skryla nízké rychlosti zápisu. SLC cache jednoduše zachází s TLC flash jako s SLC flash, což mu umožňuje pracovat při vyšších rychlostech. Data zapsaná do mezipaměti SLC jsou pak interně zkopírována do formátu TLC tak rychle, jak to umožňuje rychlost zápisu. Tato technika funguje výborně a nabízí zvyšující se rychlosti, které si vyžádaly vývoj nových, rychlejších standardů.
SLC cache však mají několik výhrad. Velikost SLC cache je 1/3 zbývajícího volného místa SSD. Jak se SSD zaplňuje, velikost mezipaměti SLC se zmenšuje. To není tak velký problém na velkých prázdných jednotkách, ale může to být na menším nebo téměř kapacitním SSD. Jakmile je mezipaměť SLC naplněna, uživatel vidí, že rychlost zápisu dramaticky klesá, protože je vystaven skutečné rychlosti zápisu TLC.
Poznámka: Technicky vzato, pokud mají být data v budoucnu zapsána na archivní média, jakýkoli úložný disk by mohl být považován za mezipaměť pro zápis pro archivní médium. Tento význam by se však obecně nepředpokládal.
I/O disková mezipaměť
Pevné disky jsou obecně velmi pomalé, a to i při jejich optimálním zatížení. Chcete-li to před uživatelem co nejvíce skrýt, lze použít I/O cache. Mezipaměť I/O ukládá do mezipaměti operace čtení i zápisu podle potřeby. Tato mezipaměť se obvykle skládá z paměti Flash nebo DRAM v samotné jednotce. Kapacity jsou obecně nízké, ačkoli třída SSHD nebo Solid State Hybrid Drive s pamětí Flash nabízí mnohem významnější možnosti, i když není srovnatelná s moderními kapacitami SSD.
Ukládání čtení do mezipaměti znamená, že HDD nemusí vyhledávat a poté číst data. To může nabídnout vynikající výkonnostní výhody, ale pouze při následných operacích čtení. První čtení je vždy pomalé. Ukládání zápisů do mezipaměti znamená, že malé operace zápisu mohou být absorbovány do mezipaměti a poté zapsány na skutečný HDD tak rychle, jak to jen dovolí. To nabízí vyšší rychlosti, ale pokud dojde k vyčerpání mezipaměti, dojde k velkému poklesu výkonu.
Mezipaměť I/O musí pečlivě vyvažovat potřeby funkcí čtení i zápisu, zvláště když je k dispozici pouze malá mezipaměť. Větší mezipaměti tento problém poněkud negují, ačkoli okrajové případy s velkými datovými sadami mohou stále přetížit flash mezipaměť největších SSHD.
Poznámka: SSD mohou technicky také používat svou integrovanou DRAM jako I/O cache. To se však obvykle primárně nebo výhradně používá k uložení tabulky překladu logické adresy na fyzickou, která se používá k vyhledání dat na SSD.
Závěr
Disková mezipaměť je mezipaměť, která existuje přímo na úložné jednotce. Může mít podobu mezipaměti pro čtení nebo zápis nebo mezipaměti I/O. Čtení mezipaměti obvykle ukládá data z pomalejšího archivního úložiště. Mezipaměti pro zápis skrývají před uživatelem pomalé rychlosti zápisu úložných disků. Mezipaměti I/O skrývají před uživatelem pomalé čtení i zápis.
Mezipaměti jsou vynikající nástroje použitelnosti, ale při vyčerpání mohou uživatelům způsobit bolesti hlavy. To platí zejména pro mezipaměti dynamického zápisu, jako je mezipaměť SLC. Jako netechnickí uživatelé nemusí rozumět tomu, proč jsou jejich rychlosti zápisu tak pomalé, a proto je nemohou vyřešit řešením problémů s kapacitou.