Como um cache de memória acelera o processamento do computador?

Um cache, que é um dispositivo de armazenamento de dados de alta velocidade, é onde um microprocessador armazena os dados que usa com mais frequência. Assim como você coloca seus utensílios de cozinha na mesa da cozinha quando está jantando, um computador coloca os dados necessários para um aplicativo específico em seu cache. Se surgir um novo aplicativo que exija uso pesado de diferentes dados, um microprocessador trará novos dados para a memória cache para que possa executar as tarefas que exigem esses dados com mais eficiência.

A memória do computador é projetada em uma hierarquia. Cada módulo da hierarquia é categorizado de acordo com o tempo necessário para acessar os dados de um tipo específico de módulo de memória. Leva menos tempo para um microprocessador acessar dados da memória cache. A memória principal, geralmente construída com chips de memória DRAM, leva mais tempo para acessar os dados do que a memória cache. A memória flash, construída com chips de memória flash, levará ainda mais tempo, enquanto os dados em uma unidade de disco, geralmente chamada de memória virtual, levarão mais tempo de todos.

A velocidade do clock de um processador determina a taxa máxima na qual os processadores podem executar instruções. Os chips de memória cache, porque são projetados para fornecer instruções ou dados tão rápido quanto o microprocessador pode utilizá-los, permitem que os microprocessadores funcionem em velocidade total. Se as instruções e os dados estiverem no cache e não na memória principal ou na memória da unidade de disco, o processador pode funcionar em sua velocidade de clock máxima especificada.

Todos os computadores usam algoritmos de gerenciamento de memória que armazenam dados e instruções de forma que os dados e instruções usados ​​com mais frequência possam ser acessados ​​da maneira mais rápida possível. Se um computador tiver memória cache, o microprocessador colocará os dados e as instruções que ele chama com mais frequência na memória cache de alta velocidade. O algoritmo de cache de memória do microprocessador marca dados e instruções com bits de dados que ele usa para determinar quais dados e instruções são usados ​​com mais frequência. O algoritmo de cache também transfere dados e instruções do cache que não são mais usados ​​para a memória principal de velocidade mais lenta.

O tamanho da memória cache de alta velocidade é um fator importante na determinação de quanto a velocidade do computador aumentará. Como eles podem armazenar muito mais dados em suas memórias de alta velocidade, os caches muito grandes melhoram a velocidade de processamento do computador muito mais do que os caches menores. No entanto, há um ponto de retornos decrescentes: em algum ponto, o cache maior não oferece mais um ganho na velocidade de processamento que compensará o alto preço de uma memória cache maior.