Kuinka välimuisti nopeuttaa tietokoneen käsittelyä?

Välimuisti, joka on nopea tiedontallennuslaite, on paikka, johon mikroprosessori tallentaa useimmin käyttämänsä tiedot. Aivan kuten laitat keittiövälineet keittiön pöydälle syödessäsi, tietokone tallentaa välimuistiinsa tiedot, joita se tarvitsee tiettyyn sovellukseen. Jos ilmaantuu uusia sovelluksia, jotka vaativat erilaisten tietojen runsasta käyttöä, mikroprosessori tuo uutta tietoa välimuistiin, jotta se voi suorittaa näitä tietoja vaativat tehtävät tehokkaammin.

Tietokoneen muisti on suunniteltu hierarkiassa. Jokainen hierarkian moduuli luokitellaan sen mukaan, kuinka kauan tietyn tyyppisen muistimoduulin tietojen käyttäminen kestää. Mikroprosessorilta kuluu vähiten aikaa käyttää tietoja välimuistista. Päämuisti, joka on useimmiten rakennettu DRAM-muistisiruilla, kestää kauemmin käyttää tietoja kuin välimuisti. Flash-muistisiruilla rakennettu Flash-muisti kestää vielä kauemmin, kun taas levyasemalla, jota usein kutsutaan virtuaalimuistiksi, tiedot vievät pisimpään.

Prosessorin kellonopeus määrittää suurimman nopeuden, jolla prosessorit voivat suorittaa käskyjä. Välimuistisirut, koska ne on suunniteltu toimittamaan käskyjä tai tietoja niin nopeasti kuin mikroprosessori pystyy hyödyntämään niitä, mahdollistavat mikroprosessorien toiminnan täydellä nopeudella. Jos ohjeet ja tiedot ovat välimuistissa eivätkä päämuistissa tai levyaseman muistissa, prosessori voi toimia sen suurimmalla määritetyllä suorittimen kellonopeudella.

Kaikki tietokoneet käyttävät muistinhallintaalgoritmeja, jotka tallentavat tiedot ja käskyt siten, että useimmin käytetyt tiedot ja käskyt ovat käytettävissä nopeimmin. Jos tietokoneessa on välimuisti, mikroprosessori tallentaa useimmiten käyttämänsä tiedot ja ohjeet nopeaan välimuistiin. Mikroprosessorin muistivälimuistialgoritmi merkitsee tiedot ja ohjeet databiteillä, joiden avulla se määrittää, mitä tietoja ja ohjeita käytetään useimmin. Välimuistialgoritmi siirtää myös välimuistista tietoja ja ohjeita, joita ei enää käytetä voimakkaasti päämuistin hidastamiseen.

Nopean välimuistin koko on tärkeä tekijä määritettäessä, kuinka paljon tietokoneen nopeus kasvaa. Koska ne voivat tallentaa paljon enemmän tietoa nopeisiin muisteihinsa, erittäin suuret välimuistit parantavat tietokoneen käsittelynopeutta paljon enemmän kuin pienemmät välimuistit. Tuottojen pienenemisessä on kuitenkin järkeä: jossain vaiheessa suurempi välimuisti ei enää tarjoa käsittelynopeutta, joka kompensoisi suuremman välimuistin korkeaa hintalappua.