Kako pomnilniški predpomnilnik pospeši računalniško obdelavo?

Predpomnilnik, ki je naprava za hitro shranjevanje podatkov, je mesto, kjer mikroprocesor shrani podatke, ki jih najpogosteje uporablja. Tako kot kuhinjsko posodo postavite na kuhinjsko mizo, ko obedujete, računalnik shrani podatke, ki jih mora uporabiti za določeno aplikacijo, v svoj predpomnilnik. Če se pojavijo nove aplikacije, ki zahtevajo veliko uporabo različnih podatkov, bo mikroprocesor prinesel nove podatke v predpomnilnik, da bo lahko učinkoviteje izvajal naloge, ki zahtevajo te podatke.

Računalniški pomnilnik je zasnovan v hierarhiji. Vsak modul v hierarhiji je kategoriziran glede na to, kako dolgo traja dostop do podatkov iz določene vrste pomnilniškega modula. Najmanj časa potrebuje mikroprocesor za dostop do podatkov iz predpomnilnika. Glavni pomnilnik, ki je najpogosteje zgrajen s pomnilniškimi čipi DRAM, potrebuje dlje za dostop do podatkov kot predpomnilnik. Flash pomnilnik, zgrajen s čipi Flash pomnilnika, bo trajal še dlje, medtem ko bodo podatki na disku, pogosto imenovani virtualni pomnilnik, trajali najdlje od vseh.

Hitrost procesorja določa največjo hitrost, s katero lahko procesorji izvajajo navodila. Ker so pomnilniški čipi predpomnilnika zasnovani za dostavo navodil ali podatkov tako hitro, kot jih lahko uporabi mikroprocesor, mikroprocesorjem omogočajo delovanje s polno hitrostjo. Če so navodila in podatki v predpomnilniku in ne v glavnem pomnilniku ali pomnilniku diskovnega pogona, lahko procesor deluje pri najvišji določeni hitrosti procesorja.

Vsi računalniki uporabljajo algoritme za upravljanje pomnilnika, ki shranjujejo podatke in navodila, tako da je do podatkov in navodil, ki se najpogosteje uporabljajo, mogoče dostopati na najhitrejši možni način. Če ima računalnik predpomnilnik, bo mikroprocesor shranil podatke in navodila, ki jih najpogosteje kliče, v hitri predpomnilnik. Algoritem predpomnilnika pomnilnika mikroprocesorja označi podatke in navodila s podatkovnimi biti, ki jih uporablja za določitev, kateri podatki in navodila se najpogosteje uporabljajo. Algoritem predpomnilnika prenese tudi podatke in navodila iz predpomnilnika, ki se ne uporabljajo več v veliki meri, za upočasnitev glavnega pomnilnika.

Velikost hitrega predpomnilnika je glavni dejavnik pri določanju, koliko se bo povečala hitrost računalnika. Ker lahko v svoje hitre pomnilnike shranijo veliko več podatkov, zelo veliki predpomnilniki veliko bolj izboljšajo hitrost računalniške obdelave kot manjši predpomnilniki. Vendar pa obstaja točka zmanjševanja donosov: na neki točki večji predpomnilnik ne nudi več povečanja hitrosti obdelave, ki bi nadomestilo visoko ceno večjega predpomnilnika.