Bagaimana Cache Memori Mempercepat Pemprosesan Komputer?

Pengenalan

Pemproses komputer sentiasa meminta maklumat dari memori komputer dengan kadar yang sangat cepat, tetapi ingatan utama, biasanya dipanggil memori akses rawak (RAM), tidak dapat menjawab permintaan ini dengan kelajuan yang sama. Disebabkan ini, pemproses harus menunggu memori utama mengembalikan maklumat yang diminta, yang memaksa pemproses bekerja pada kelajuan di bawah kapasiti maksimumnya. Cache memori adalah sejumlah kecil memori yang digunakan oleh pemproses komputer untuk menyimpan maklumat yang dapat diambil dengan cepat, mengurangkan keperluan pemproses untuk menunggu respons dari memori utama.

Reka Bentuk Memori Cache

Kebanyakan pemproses hari ini menggunakan pelbagai tahap memori cache, dengan beberapa tahap cache memori terpantas yang terdapat di dalam pemproses itu sendiri dan beberapa tahap cache yang lebih perlahan berada di papan induk. Setiap tahap cache memori meningkat dalam ukuran ketika semakin jauh dari pemproses. Struktur cache memori mempunyai indeks, penunjuk ke indeks dalam memori utama, data yang tersimpan di memori utama dan bendera yang menunjukkan jika data masih berlaku.

Operasi Memori Cache

Oleh kerana memori cache adalah subset yang lebih cepat dari jumlah memori utama yang lebih besar dalam komputer, pemproses menyemaknya terlebih dahulu semasa mencari maklumat. Sekiranya cache mengandungi maklumat yang diminta oleh pemproses dan maklumat itu sah, pemproses akan menggunakan hasil dari cache, yang dikembalikan ke pemproses dengan cepat, meningkatkan operasi komputer. Sekiranya maklumat tersebut tidak ada di dalam cache atau maklumat di dalam cache ditandakan sebagai tidak sah, maka cache miss telah berlaku, dan pemproses mesti mengakses memori utama untuk mengumpulkan maklumat. Maklumat tersebut kemudian ditulis ke cache untuk digunakan di masa hadapan. Sekiranya terdapat pelbagai lapisan memori cache, setiap lapisan cache beroperasi dengan cara yang serupa. Permintaan data diteruskan ke lapisan terendah, dan jika tidak mengandungi jawapan, permintaan itu diteruskan ke lapisan seterusnya, dan seterusnya sehingga data dijumpai atau permintaan dihantar ke memori utama.

Ringkasan

Kunci untuk meningkatkan kelajuan pemprosesan komputer adalah membiarkan maklumat mengalir melalui pemproses secepat mungkin, dan cache memori berfungsi ke arah tujuan tersebut dengan mengurangkan jumlah masa yang dihabiskan oleh pemproses untuk menunggu maklumat. Memori cache adalah komponen kritikal dari semua komputer yang dirancang hari ini, kerana meningkatkan prestasi pemproses, dan sejumlah cache memori biasanya dimasukkan ke dalam pemproses itu sendiri. Reka bentuk cache memori juga penting, kerana mempengaruhi kemampuan pemproses untuk bekerja pada kapasiti maksimum dengan meminimumkan kehilangan cache.