Как кеша на паметта ускорява компютърната обработка?

Кешът, който е високоскоростно устройство за съхранение на данни, е мястото, където микропроцесорът съхранява данните, които използва най-често. Точно както поставяте вашите кухненски прибори на кухненската маса, когато вечеряте, компютърът поставя данните, които трябва да използва за конкретно приложение, в своя кеш. Ако се появят нови приложения, които изискват интензивно използване на различни данни, микропроцесорът ще въведе нови данни в кеш паметта, така че да може да изпълнява задачите, които изискват тези данни по-ефективно.

Компютърната памет е проектирана в йерархия. Всеки модул от йерархията е категоризиран според това колко време е необходимо за достъп до данни от конкретен тип модул памет. Отнема най-малко време за достъп на микропроцесор до данни от кеш паметта. Основната памет, най-често изградена с чипове DRAM памет, отнема повече време за достъп до данни, отколкото кеш паметта. Флаш паметта, изградена с чипове с флаш памет, ще отнеме дори повече време, докато данните на дисково устройство, често наричани виртуална памет, ще отнемат най-дълго от всички.

Тактовата честота на процесора определя максималната скорост, с която процесорите могат да изпълняват инструкции. Чиповете за кеш памет, тъй като са проектирани да доставят инструкции или данни толкова бързо, колкото микропроцесорът може да ги използва, позволяват на микропроцесорите да работят на пълна скорост. Ако инструкциите и данните са в кеша, а не в основната памет или паметта на дисковото устройство, процесорът може да работи при максималната си зададена тактова честота на процесора.

Всички компютри използват алгоритми за управление на паметта, които съхраняват данни и инструкции, така че данните и инструкциите, които се използват най-често, да могат да бъдат достъпни по възможно най-бързия начин. Ако компютърът има кеш памет, микропроцесорът ще постави данните и инструкциите, които извиква най-често във високоскоростна кеш памет. Алгоритъмът на кеша на паметта на микропроцесора маркира данни и инструкции с битове данни, които използва, за да определи кои данни и инструкции се използват най-често. Алгоритъмът за кеша също прехвърля данни и инструкции от кеша, които вече не се използват много, за да понижи скоростта на основната памет.

Размерът на високоскоростната кеш памет е основен фактор при определянето колко ще се увеличи скоростта на компютъра. Тъй като те могат да съхраняват много повече данни във високоскоростните си памети, много големите кешове подобряват скоростта на обработка на компютъра много повече от по-малките кешове. Въпреки това, има точка на намаляваща възвръщаемост: в един момент по-големият кеш вече не предлага печалба в скоростта на обработка, която ще компенсира високата цена на по-голямата кеш памет.