כיצד מטמון זיכרון מאיץ את עיבוד המחשב?

מטמון, שהוא התקן אחסון נתונים במהירות גבוהה, הוא המקום שבו מעבד מיקרו מאחסן את הנתונים שבהם הוא משתמש לרוב. בדיוק כמו שאתה מניח את כלי המטבח שלך על שולחן המטבח כשאתה אוכל, מחשב מכניס למטמון שלו את הנתונים שהוא צריך להשתמש בו עבור יישום ספציפי. אם צץ יישומים חדשים הדורשים שימוש רב בנתונים שונים, מיקרו-מעבד יביא נתונים חדשים לזיכרון המטמון כדי שיוכל לבצע את המשימות הדורשות נתונים אלה בצורה יעילה יותר.

זיכרון המחשב מתוכנן בהיררכיה. כל מודול בהיררכיה מסווג לפי משך הזמן שלוקח לגשת לנתונים מסוג מסוים של מודול זיכרון. זה לוקח את הזמן הקטן ביותר למעבד מיקרו לגשת לנתונים מזיכרון המטמון. זיכרון ראשי, שנבנה לרוב עם שבבי זיכרון DRAM, לוקח יותר זמן לגשת לנתונים מאשר זיכרון מטמון. זיכרון פלאש, שנבנה עם שבבי זיכרון פלאש, ייקח אפילו יותר זמן, בעוד שהנתונים בכונן דיסקים, הנקראים לעתים קרובות זיכרון וירטואלי, ייקח את הארוך מכולם.

מהירות השעון של המעבד קובעת את הקצב המרבי שבו מעבדים יכולים לבצע הוראות. שבבי זיכרון מטמון, מכיוון שהם מתוכננים לספק הוראות או נתונים מהר ככל שהמיקרו-מעבד יכול להשתמש בהם, מאפשרים למיקרו-מעבדים לפעול במלוא המהירות. אם ההוראות והנתונים נמצאים במטמון ולא בזיכרון הראשי או בזיכרון כונן הדיסקים, המעבד יכול לבצע במהירות השעון המקסימלית שצוינה במעבד.

כל המחשבים משתמשים באלגוריתמים לניהול זיכרון המאחסנים נתונים והוראות כך שניתן לגשת לנתונים ולהוראות שבהם נעשה שימוש לרוב בצורה המהירה ביותר. אם למחשב יש זיכרון מטמון, המיקרו-מעבד ישים את הנתונים וההוראות שהוא קורא לרוב בזיכרון מטמון במהירות גבוהה. אלגוריתם מטמון הזיכרון של המיקרו-מעבד מתייג נתונים והוראות עם סיביות נתונים שבהם הוא משתמש כדי לקבוע באילו נתונים והוראות נעשה שימוש לרוב. אלגוריתם המטמון גם מעביר נתונים והוראות מהמטמון שכבר אינם בשימוש רב כדי להאט את הזיכרון הראשי.

גודל זיכרון המטמון המהיר הוא גורם מרכזי בקביעה כמה מהירות המחשב תגדל. מכיוון שהם יכולים לאחסן הרבה יותר נתונים בזכרונות המהירים שלהם, מטמונים גדולים מאוד משפרים את מהירות העיבוד של המחשב הרבה יותר מאשר מטמונים קטנים יותר. עם זאת, יש נקודה של התשואות הקטנות: בשלב מסוים, המטמון הגדול יותר כבר לא מציע רווח במהירות העיבוד שתקזז את תג המחיר הגבוה של זיכרון מטמון גדול יותר.