Hogyan gyorsítja fel a memória gyorsítótár a számítógépes feldolgozást?

A gyorsítótár, amely egy nagy sebességű adattároló eszköz, az a hely, ahol a mikroprocesszor tárolja a leggyakrabban használt adatokat. Ahogy étkezés közben a konyhai edényeket a konyhaasztalra helyezi, a számítógép a gyorsítótárába helyezi az adott alkalmazáshoz szükséges adatokat. Ha olyan új alkalmazások merülnek fel, amelyek sok különböző adatot igényelnek, a mikroprocesszor új adatokat visz be a gyorsítótárba, így hatékonyabban tudja végrehajtani azokat a feladatokat, amelyek ezeket az adatokat igénylik.

A számítógép memóriája hierarchiában van kialakítva. A hierarchia minden modulja aszerint van kategorizálva, hogy mennyi ideig tart az adatok elérése egy adott típusú memóriamodulból. A legkevesebb időbe telik, amíg a mikroprocesszor hozzáfér a gyorsítótárból származó adatokhoz. A leggyakrabban DRAM-memóriachipekkel felépített főmemória hosszabb ideig tart az adatokhoz való hozzáféréshez, mint a gyorsítótár. A Flash memória chipekkel épített flash memória még tovább tart, míg a gyakran virtuális memóriának nevezett lemezmeghajtón lévő adatok a legtovább az összes közül.

A processzor órajele határozza meg azt a maximális sebességet, amellyel a processzorok utasításokat hajthatnak végre. A gyorsítótár-memóriachipek, mivel úgy vannak kialakítva, hogy olyan gyorsan küldjenek utasításokat vagy adatokat, amennyire a mikroprocesszor fel tudja használni őket, lehetővé teszik a mikroprocesszorok teljes sebességű működését. Ha az utasítások és adatok a gyorsítótárban vannak, és nem a fő memóriában vagy a lemezmeghajtó memóriájában, a processzor a maximálisan meghatározott processzor órajelen tud működni.

Minden számítógép memóriakezelési algoritmusokat használ, amelyek úgy tárolják az adatokat és utasításokat, hogy a leggyakrabban használt adatok és utasítások a lehető leggyorsabban elérhetőek legyenek. Ha a számítógép rendelkezik gyorsítótárral, a mikroprocesszor a legtöbbször a nagysebességű cache memóriába helyezi az általa hívott adatokat és utasításokat. A mikroprocesszor memória-gyorsítótár algoritmusa adatbitekkel címkézi az adatokat és utasításokat, amelyek segítségével meghatározza, hogy mely adatokat és utasításokat használja a leggyakrabban. A gyorsítótár-algoritmus olyan adatokat és utasításokat is továbbít a gyorsítótárból, amelyek már nem használatosak a fő memória lassítására.

A nagy sebességű gyorsítótár mérete fontos tényező annak meghatározásában, hogy mennyivel nő a számítógép sebessége. Mivel sokkal több adatot tudnak tárolni nagy sebességű memóriájukban, a nagyon nagy gyorsítótárak sokkal jobban javítják a számítógép feldolgozási sebességét, mint a kisebb gyorsítótárak. Van azonban egy pont a hozamok csökkenésében: egy bizonyos ponton a nagyobb gyorsítótár már nem kínál olyan feldolgozási sebességnövekedést, amely ellensúlyozza a nagyobb cache memória magas árát.