In che modo una cache di memoria accelera l'elaborazione del computer?

Una cache, che è un dispositivo di archiviazione dati ad alta velocità, è il luogo in cui un microprocessore memorizza i dati che utilizza più spesso. Proprio come si mettono gli utensili da cucina sul tavolo della cucina quando si cena, un computer inserisce nella cache i dati necessari per un'applicazione specifica. Se si presenta una nuova applicazione che richiede un uso intenso di dati diversi, un microprocessore porterà nuovi dati nella memoria cache in modo da poter eseguire le attività che richiedono questi dati in modo più efficiente.

La memoria del computer è progettata in una gerarchia. Ogni modulo della gerarchia è classificato in base al tempo necessario per accedere ai dati da un tipo specifico di modulo di memoria. Un microprocessore impiega il minor tempo possibile per accedere ai dati dalla memoria cache. La memoria principale, molto spesso costruita con chip di memoria DRAM, impiega più tempo per accedere ai dati rispetto alla memoria cache. La memoria flash, costruita con chip di memoria flash, impiegherà ancora più tempo, mentre i dati su un'unità disco, spesso chiamata memoria virtuale, impiegheranno più tempo di tutti.

La velocità di clock di un processore determina la velocità massima alla quale i processori possono eseguire le istruzioni. I chip di memoria cache, poiché sono progettati per fornire istruzioni o dati alla velocità con cui il microprocessore può utilizzarli, consentono ai microprocessori di funzionare a piena velocità. Se le istruzioni ei dati si trovano nella cache e non nella memoria principale o nella memoria dell'unità disco, il processore può funzionare alla velocità di clock del processore massima specificata.

Tutti i computer utilizzano algoritmi di gestione della memoria che memorizzano dati e istruzioni in modo tale che sia possibile accedere ai dati e alle istruzioni utilizzati più spesso nel modo più rapido possibile. Se un computer dispone di memoria cache, il microprocessore inserirà i dati e le istruzioni che richiama più spesso nella memoria cache ad alta velocità. L'algoritmo della cache di memoria del microprocessore contrassegna i dati e le istruzioni con bit di dati che utilizza per determinare quali dati e istruzioni vengono utilizzati più spesso. L'algoritmo della cache trasferisce anche i dati e le istruzioni dalla cache che non sono più pesantemente utilizzati per ridurre la velocità della memoria principale.

La dimensione della memoria cache ad alta velocità è un fattore importante nella determinazione di quanto aumenterà la velocità del computer. Poiché possono memorizzare molti più dati nelle loro memorie ad alta velocità, le cache molto grandi migliorano la velocità di elaborazione del computer molto più delle cache più piccole. Tuttavia, c'è un punto in cui i rendimenti decrescenti: a un certo punto, la cache più grande non offre più un guadagno nella velocità di elaborazione che compenserà il prezzo elevato di una memoria cache più grande.