Kuidas mälu vahemälu arvuti töötlemist kiirendab?

Vahemälu, mis on kiire andmesalvestusseade, on koht, kus mikroprotsessor talletab kõige sagedamini kasutatavad andmed. Nii nagu panete einestades kööginõud köögilauale, paigutab arvuti vahemällu andmed, mida ta vajab konkreetse rakenduse jaoks. Kui ilmnevad uued rakendused, mis nõuavad erinevate andmete suurt kasutamist, toob mikroprotsessor uued andmed vahemällu, et saaks neid andmeid nõudvaid ülesandeid tõhusamalt täita.

Arvuti mälu on kujundatud hierarhias. Iga hierarhia moodul liigitatakse vastavalt sellele, kui kaua kulub teatud tüüpi mälumooduli andmetele juurdepääsemiseks. Vahemälust andmetele juurdepääsemiseks kulub mikroprotsessoril kõige vähem aega. Põhimälu, mis on enamasti ehitatud DRAM-mälukiipidega, võtab andmetele juurdepääsu saamiseks kauem aega kui vahemälu. Flash-mälukiipidega ehitatud välkmälu võtab veelgi kauem aega, samas kui kettaseadmel olevad andmed, mida sageli nimetatakse virtuaalseks mäluks, võtavad kõige kauem aega.

Protsessori taktsagedus määrab maksimaalse kiiruse, millega protsessor saab käske täita. Vahemälukiibid, kuna need on loodud käskude või andmete edastamiseks nii kiiresti, kui mikroprotsessor suudab neid kasutada, võimaldavad mikroprotsessoritel töötada täiskiirusel. Kui juhised ja andmed on vahemälus, mitte põhimälus või kettaseadme mälus, saab protsessor töötada maksimaalse määratud protsessori taktsagedusel.

Kõik arvutid kasutavad mäluhaldusalgoritme, mis salvestavad andmed ja juhised nii, et kõige sagedamini kasutatavatele andmetele ja käskudele pääseks juurde võimalikult kiiresti. Kui arvutil on vahemälu, paigutab mikroprotsessor andmed ja juhised, mida ta kõige sagedamini kutsub, kiiresse vahemällu. Mikroprotsessori mälu vahemälu algoritm märgistab andmed ja käsud andmebittidega, mida ta kasutab kõige sagedamini kasutatavate andmete ja käskude määramiseks. Vahemälu algoritm edastab ka vahemälust andmeid ja juhiseid, mida enam ei kasutata põhimälu aeglustamiseks.

Kiire vahemälu suurus on peamine tegur arvuti kiiruse suurenemise määramisel. Kuna nad suudavad oma kiiretesse mälludesse salvestada palju rohkem andmeid, parandavad väga suured vahemälud arvuti töötlemiskiirust palju rohkem kui väiksemad vahemälud. Siiski on tootluse vähenemise mõte: mingil hetkel ei paku suurem vahemälu enam töötlemiskiirust, mis kompenseerib suurema vahemälu kõrget hinnasilti.