快取在SSD中的作用

2022-05-21 21:42:04 字數 1936 閱讀 3740

隨著ssd固態硬碟的普及,如今帶有快取的ssd**也逐漸被使用者接受,雖然我們知道沒有快取的ssd在**上會比有快取的略貴一些,但是快取究竟在ssd固態硬碟中發揮了怎樣的作用並不是每個使用者都了解。

其實「快取」一詞單純從字面上理解可解釋為延緩存放,簡單的說「快取」是為了平衡高速裝置和低速裝置之間的速度差異而存在的。作用是讓低速裝置盡量的不拖高速裝置的後退。這裡之所以用「盡量」一詞,主要是各類產品中的快取容量有限,演算法也不可能100%的準確命中,所以低速裝置多多少少還是會拖高速裝置的後腿,快取的作用只能是「盡量」減少這種現象。

例如cpu快取;每當cpu從記憶體裡讀資料時,會向記憶體控制器發出乙個讀指令,要求記憶體控制器返回其要求的資料,可是因為記憶體響應速度相對於cpu是很慢的,所以在資料返回之前cpu只有無所事事的「等待」,如果經常出現這樣的情況,再快的cpu也會被記憶體拖後腿,效率也不會提高。

如圖所示,在主記憶體(ram)和cpu之間,放一塊小容量的sram。當cpu申請ram資料的時候,先在sram裡面尋找,如果找到了資料,就不用花費很多時間到ram裡去讀了(同步讀取)。如果sram裡沒有資料,再到ram去讀,當ram返回資料的時候,不僅僅返回原來所需要的資料,同時「捎帶」返回所需資料「前後」的一些看似無關的資料,並將這些資料放入sram中。

下次cpu再次到sram裡讀資料的時候,如果所需資料正好在sram裡,就可以「命中」了。從原理上可以看出,命中率越高,cpu的效率就越高。而命中率又是被「捎帶」返回的資料所決定的,哪些資料被捎帶返回,這個就要依cpu內部的快取演算法而定了。

由此可見,由於快取容量遠遠小於主記憶體容量,而快取演算法也不可能100%的準確命中。

快取在機械硬碟中的作用:

以上是以cpu快取做例子。但是在電腦系統裡,快取並不僅僅是cpu獨有,因為高速裝置與低速裝置的矛盾並不僅僅體現在cpu和記憶體之間。現在假如說,我要把資料從記憶體寫入硬碟,由於硬碟相當緩慢,需要等待很長的時間才能完成此任務。

那麼使用者體驗就是電腦非常慢。實際上,這裡cpu不慢,記憶體不慢,只是硬碟太慢了。

解決機械硬碟速度過慢的問題,就在其內部安置了乙個小容量的記憶體,也就是硬碟的快取,資料首先寫入到快取裡。那麼在作業系統層面,就會認為資料已經寫入了,使用者的感覺就是快速。隨後硬碟自己再從快取寫入到碟片,這個過程無需使用者干預了。

不過需要注意的是,其實硬碟的快取並不全都用於快取資料,還有其他用途,所以不見得快取越大,效能就越好。而且還有個快取演算法問題。如果演算法不優秀,命中率就不會高,這樣大容量快取形同虛設。

快取在ssd固態硬碟中的作用:

剛才為大家介紹了什麼是快取,以及它在機械硬碟和記憶體中發揮的作用,其實快取在ssd固態硬碟中發揮的作用也相差不遠。ssd上的快取一般都是1或者2顆dram顆粒構成,起到資料交換緩衝作用。一款ssd產品是否有快取這樣的設計,往往是廠商根據產品定位和用途做得決定,一般一些入門級產品或者低速產品,在設計上就會考慮不帶快取方案,而一些高速產品由於資料交換量大,就設計有快取,以提高產品的讀寫效率。

通常帶有快取的ssd在**上或比不帶快取的略高一些,雖然ssd帶快取讀取小檔案的速度會快些,但對ssd來說,快的太有限了。就反應速度來說,ssd的反應速度一般都在0.2毫秒以內,不比快取慢。

所以帶快取對讀取速度的提公升,幾乎可以忽略。其次帶不帶快取並不影響ssd的壽命,決定ssd壽命的是nand flash的寫入次數。其次,主控晶元的好壞才是是決定ssd效能和使用壽命的重要因素。

通過筆者的介紹相信大家對快取的作用有了深入的了解,另外我們可以看出快取在記憶體、機械硬碟和ssd固態硬碟身上發揮作用的強弱是不一樣的。快取是為了平衡高速裝置和低速裝置之間的速度差異而存在的,其作用是讓低速裝置盡量的不拖高速裝置的後腳。

快取的主要功能在於是電腦有資料放到hdd時,因為hdd機械式運作比電腦慢很多,所以在hdd上放上快取,暫時儲存資料以便電腦能夠繼續做其他事情,不會因為hdd的動作慢,而拖慢了電腦的效能。

而ssd的速度大幅提公升,已經能夠實時處理資料,快取作為提公升速度的作用就不大了。由此我們可以得出依據快取大小判斷ssd速度並不科學,固態硬碟速度快慢主要由主控晶元和快閃儲存器顆粒品質決定。

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