Реферат учня 8Г класу Грінченка Євгена
Москва, Гімназія № 1567
Вересень 2004
Кеш-пам'ять - це високошвидкісна пам'ять довільного доступу, використовувана процесором комп'ютера для тимчасового зберігання інформації. Вона збільшує продуктивність, оскільки зберігає найбільш часто використовувані дані і команди «ближче» до процесора, звідки їх можна швидше отримати.
Кеш-пам'ять безпосередньо впливає на швидкість обчислень і допомагає процесору працювати з більш рівномірним завантаженням. Уявіть собі масу інформації, використовуваної в школі. Невеликі обсяги інформації, необхідної в першу чергу, висять на стіні над столом. Точно так само ви зберігаєте під рукою інформацію по поточних уроків. Рідше використовувані довідники лежать на полиці, поруч зі столом. Література, до якої ви звертаєтеся зовсім рідко, займає полиці книжкової шафи.
Комп'ютери зберігають дані аналогічно. Коли додаток починає працювати, дані і команди переносяться з повільного жорсткого диска в оперативну пам'ять довільного доступу, звідки процесор може швидко їх отримати. Оперативна пам'ять виконує роль кеша для жорсткого диска.
Існує два типи кеш-пам'яті: внутрішня (від 8 до 64 Кбайт) - розміщується всередині процесора і зовнішня (від 256 Кбайт до 1Мбайт встановлюється на системній платі.
Хоча оперативна пам'ять набагато швидше диска, тим не менше і вона не встигає за потребами процесора. Тому дані, які потрібні часто, переносяться на наступний рівень швидкої пам'яті, званої кеш-пам'яттю другого рівня. Вона може розташовуватися на окремій високошвидкісний мікросхемі статичної пам'яті, встановленої в безпосередній близькості від процесора (у нових процесорах кеш-пам'ять другого рівня інтегрована безпосередньо в мікросхему процесора.)
На більш високому рівні інформація, використовувана найчастіше, зберігається в спеціальній секції процесора, званої кеш-пам'яттю першого рівня. Це найшвидша пам'ять.
Процесор Pentium III має кеш-пам'ять першого рівня ємністю 32 Кбайт на мікросхемі процесора і або кеш-пам'ять другого рівня ємністю 256 Кбайт на мікросхемі, або кеш-пам'ять другого рівня ємністю 512 Кбайт, не інтегровану з процесором.
Коли процесору потрібно виконати команду, він спочатку аналізує стан своїх регістрів даних. Якщо необхідних даних в регістрах немає, він звертається до кеш-пам'яті першого рівня, а потім - кеш-пам'яті другого рівня. Якщо даних немає в жодній кеш-пам'яті, процесор звертається до оперативної пам'яті. І тільки в тому випадку, якщо потрібних даних немає і там, він зчитує дані з жорсткого диска.
Коли процесор виявляє дані в одному з кешей, це називають «попаданням», невдачу називає «промахом». Кожен промах викликає затримку, оскільки процесор буде намагатися виявити дані на іншому, більш повільному рівні. У добре спроектованих системах з програмними алгоритмами, які виконують попередню вибірку даних до того, як вони будуть потрібні, відсоток «попадань» може досягати 90.
Частота промахів при зверненні до кеш-пам'яті може бути значно знижена за рахунок збільшення ємності кеша. Але більша кеш-пам'ять потребує більше енергії, генерує більше тепла і збільшує число бракованих мікросхем при виробництві.
Один із способів обійти ці труднощі - передача логіки управління кеш-пам'яттю від апаратного забезпечення до програмного.
Керована програмним чином кеш-пам'ять зараз існує лише в дослідницьких лабораторіях.