Πώς μια προσωρινή μνήμη επιταχύνει την επεξεργασία του υπολογιστή;

Η κρυφή μνήμη, η οποία είναι μια συσκευή αποθήκευσης δεδομένων υψηλής ταχύτητας, είναι όπου ένας μικροεπεξεργαστής αποθηκεύει τα δεδομένα που χρησιμοποιεί συχνότερα. Ακριβώς όπως βάζετε τα μαγειρικά σας σκεύη στο τραπέζι της κουζίνας όταν γευματίζετε, ένας υπολογιστής τοποθετεί τα δεδομένα που χρειάζεται να χρησιμοποιήσει για μια συγκεκριμένη εφαρμογή στην κρυφή μνήμη του. Εάν προκύψει μια νέα εφαρμογή που απαιτεί έντονη χρήση διαφορετικών δεδομένων, ένας μικροεπεξεργαστής θα φέρει νέα δεδομένα στη μνήμη cache, ώστε να μπορεί να εκτελέσει τις εργασίες που απαιτούν αυτά τα δεδομένα πιο αποτελεσματικά.

Η μνήμη του υπολογιστή σχεδιάζεται σε μια ιεραρχία. Κάθε μονάδα της ιεραρχίας κατηγοριοποιείται ανάλογα με το χρόνο που χρειάζεται για την πρόσβαση σε δεδομένα από έναν συγκεκριμένο τύπο μονάδας μνήμης. Απαιτείται ο λιγότερος χρόνος για έναν μικροεπεξεργαστή να έχει πρόσβαση σε δεδομένα από την κρυφή μνήμη. Η κύρια μνήμη, που συνήθως κατασκευάζεται με τσιπ μνήμης DRAM, χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να αποκτήσει πρόσβαση στα δεδομένα από την κρυφή μνήμη. Η μνήμη flash, κατασκευασμένη με τσιπ μνήμης Flash, θα διαρκέσει ακόμη περισσότερο, ενώ τα δεδομένα σε μια μονάδα δίσκου, που συχνά ονομάζεται εικονική μνήμη, θα διαρκέσουν περισσότερο από όλα.

Η ταχύτητα ρολογιού ενός επεξεργαστή καθορίζει τον μέγιστο ρυθμό με τον οποίο οι επεξεργαστές μπορούν να εκτελέσουν εντολές. Τα τσιπ μνήμης κρυφής μνήμης, επειδή είναι σχεδιασμένα να παρέχουν οδηγίες ή δεδομένα τόσο γρήγορα όσο μπορεί να τα χρησιμοποιήσει ο μικροεπεξεργαστής, επιτρέπουν στους μικροεπεξεργαστές να λειτουργούν με πλήρη ταχύτητα. Εάν οι οδηγίες και τα δεδομένα βρίσκονται στην κρυφή μνήμη και όχι στην κύρια μνήμη ή στη μνήμη της μονάδας δίσκου, ο επεξεργαστής μπορεί να εκτελέσει τη μέγιστη καθορισμένη ταχύτητα ρολογιού του επεξεργαστή.

Όλοι οι υπολογιστές χρησιμοποιούν αλγόριθμους διαχείρισης μνήμης που αποθηκεύουν δεδομένα και οδηγίες έτσι ώστε τα δεδομένα και οι οδηγίες που χρησιμοποιούνται συχνότερα να είναι προσβάσιμα με τον ταχύτερο δυνατό τρόπο. Εάν ένας υπολογιστής διαθέτει κρυφή μνήμη, ο μικροεπεξεργαστής θα τοποθετήσει τα δεδομένα και τις οδηγίες που καλεί πιο συχνά σε κρυφή μνήμη υψηλής ταχύτητας. Ο αλγόριθμος της κρυφής μνήμης του μικροεπεξεργαστή προσθέτει ετικέτες δεδομένων και εντολών με bit δεδομένων που χρησιμοποιεί για να προσδιορίσει ποια δεδομένα και εντολές χρησιμοποιούνται συχνότερα. Ο αλγόριθμος κρυφής μνήμης μεταφέρει επίσης δεδομένα και οδηγίες από την κρυφή μνήμη που δεν χρησιμοποιούνται πλέον πολύ για την επιβράδυνση της κύριας μνήμης.

Το μέγεθος της κρυφής μνήμης υψηλής ταχύτητας είναι ένας σημαντικός παράγοντας στον καθορισμό του πόσο θα αυξηθεί η ταχύτητα του υπολογιστή. Επειδή μπορούν να αποθηκεύσουν πολύ περισσότερα δεδομένα στις μνήμες υψηλής ταχύτητας τους, οι πολύ μεγάλες κρυφές μνήμες βελτιώνουν την ταχύτητα επεξεργασίας του υπολογιστή πολύ περισσότερο από τις μικρότερες κρυφές μνήμες. Ωστόσο, υπάρχει ένα σημείο φθίνουσας απόδοσης: Σε κάποιο σημείο, η μεγαλύτερη κρυφή μνήμη δεν προσφέρει πλέον κέρδος στην ταχύτητα επεξεργασίας που θα αντισταθμίσει την υψηλή τιμή μιας μεγαλύτερης κρυφής μνήμης.