Kā atmiņas kešatmiņa paātrina datora apstrādi?

Kešatmiņa, kas ir liela ātruma datu glabāšanas ierīce, ir vieta, kur mikroprocesors glabā visbiežāk izmantotos datus. Tāpat kā jūs novietojat virtuves piederumus uz virtuves galda, kad pusdienojat, dators savā kešatmiņā ievieto datus, kas tam nepieciešami konkrētai lietojumprogrammai. Ja parādās jaunas lietojumprogrammas, kurām nepieciešams intensīvi izmantot dažādus datus, mikroprocesors kešatmiņā ienes jaunus datus, lai tas varētu efektīvāk veikt uzdevumus, kuriem nepieciešami šie dati.

Datora atmiņa ir veidota hierarhijā. Katrs hierarhijas modulis ir iedalīts kategorijās atkarībā no tā, cik ilgs laiks nepieciešams, lai piekļūtu datiem no noteikta veida atmiņas moduļa. Mikroprocesoram ir nepieciešams vismazākais laiks, lai piekļūtu datiem no kešatmiņas. Galvenā atmiņa, kas visbiežāk tiek veidota ar DRAM atmiņas mikroshēmām, prasa ilgāku laiku, lai piekļūtu datiem nekā kešatmiņa. Flash atmiņa, kas veidota ar Flash atmiņas mikroshēmām, prasīs vēl ilgāku laiku, savukārt dati diskdzinī, ko bieži sauc par virtuālo atmiņu, aizņems visilgāk no visiem.

Procesora takts frekvence nosaka maksimālo ātrumu, ar kādu procesori var izpildīt instrukcijas. Kešatmiņas mikroshēmas, jo tās ir paredzētas instrukciju vai datu piegādei tik ātri, cik mikroprocesors tos var izmantot, ļauj mikroprocesoriem darboties pilnā ātrumā. Ja instrukcijas un dati atrodas kešatmiņā, nevis galvenajā atmiņā vai diskdziņa atmiņā, procesors var darboties ar maksimālo norādīto procesora takts ātrumu.

Visi datori izmanto atmiņas pārvaldības algoritmus, kas glabā datus un instrukcijas tā, lai visbiežāk izmantotajiem datiem un instrukcijām varētu piekļūt pēc iespējas ātrāk. Ja datoram ir kešatmiņa, mikroprocesors visbiežāk izsauktos datus un instrukcijas ievietos ātrgaitas kešatmiņā. Mikroprocesora atmiņas kešatmiņas algoritms atzīmē datus un instrukcijas ar datu bitiem, kurus tas izmanto, lai noteiktu, kuri dati un instrukcijas tiek izmantotas visbiežāk. Kešatmiņas algoritms arī pārsūta datus un instrukcijas no kešatmiņas, kas vairs netiek intensīvi izmantotas, lai palēninātu galvenās atmiņas ātrumu.

Ātrgaitas kešatmiņas lielums ir galvenais faktors, kas nosaka, cik lielā mērā palielināsies datora ātrums. Tā kā tie var saglabāt daudz vairāk datu savās ātrgaitas atmiņās, ļoti lielas kešatmiņas uzlabo datora apstrādes ātrumu daudz vairāk nekā mazākas kešatmiņas. Tomēr ir jēga samazināt atdevi: kādā brīdī lielāka kešatmiņa vairs nepalielina apstrādes ātrumu, kas kompensētu lielākas kešatmiņas augsto cenu.