Cum accelerează un cache de memorie procesarea computerului?

Un cache, care este un dispozitiv de stocare a datelor de mare viteză, este locul în care un microprocesor stochează acele date pe care le folosește cel mai des. Așa cum vă puneți ustensilele de bucătărie pe masa din bucătărie când luați masa, un computer pune în memoria cache datele de care trebuie să le folosească pentru o anumită aplicație. Dacă apare o nouă aplicație care necesită utilizarea intensă a diferitelor date, un microprocesor va aduce date noi în memoria cache, astfel încât să poată îndeplini sarcinile care necesită aceste date mai eficient.

Memoria computerului este proiectată într-o ierarhie. Fiecare modul al ierarhiei este clasificat în funcție de cât timp este nevoie pentru a accesa datele dintr-un anumit tip de modul de memorie. Este nevoie de cel mai mic timp pentru ca un microprocesor să acceseze datele din memoria cache. Memoria principală, construită cel mai adesea cu cipuri de memorie DRAM, durează mai mult pentru a accesa datele decât memoria cache. Memoria flash, construită cu cipuri de memorie Flash, va dura și mai mult, în timp ce datele de pe o unitate de disc, adesea numită memorie virtuală, vor dura cel mai mult dintre toate.

Viteza de ceas a unui procesor determină viteza maximă la care procesoarele pot executa instrucțiuni. Cipurile de memorie cache, deoarece sunt concepute pentru a furniza instrucțiuni sau date la fel de repede pe cât le poate utiliza microprocesorul, permit microprocesoarelor să funcționeze la viteză maximă. Dacă instrucțiunile și datele sunt în cache și nu în memoria principală sau în memoria unității de disc, procesorul poate funcționa la viteza maximă specificată a procesorului.

Toate computerele folosesc algoritmi de gestionare a memoriei care stochează date și instrucțiuni astfel încât datele și instrucțiunile care sunt utilizate cel mai des pot fi accesate în cel mai rapid mod posibil. Dacă un computer are memorie cache, microprocesorul va pune datele și instrucțiunile pe care le apelează cel mai des în memoria cache de mare viteză. Algoritmul de memorie cache al microprocesorului etichetează datele și instrucțiunile cu biți de date pe care îi folosește pentru a determina care date și instrucțiuni sunt utilizate cel mai des. Algoritmul de cache transferă, de asemenea, date și instrucțiuni din memoria cache care nu mai sunt foarte utilizate pentru a reduce viteza memoriei principale.

Dimensiunea memoriei cache de mare viteză este un factor major în determinarea cât de mult va crește viteza computerului. Deoarece pot stoca mult mai multe date în memoriile lor de mare viteză, cache-urile foarte mari îmbunătățesc viteza de procesare a computerului mult mai mult decât cache-urile mai mici. Cu toate acestea, există un punct de scădere a randamentelor: la un moment dat, memoria cache mai mare nu mai oferă un câștig în viteza de procesare care va compensa prețul ridicat al unei memorie cache mai mare.