Comment fonctionne une mémoire cache accélérer le traitement informatique?

Introduction

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Processeurs informatiques demandent constamment des informations de la mémoire de l'ordinateur à un rythme très rapide, mais la mémoire principale, généralement appelée mémoire vive (RAM), est incapable de répondre à ces demandes à la même vitesse. Pour cette raison, le processeur doit attendre la mémoire principale pour renvoyer les informations qu'elle demande, ce qui force le processeur de travailler à une vitesse inférieure à sa capacité maximale. Une mémoire cache est une petite quantité de mémoire utilisée par le processeur de l'ordinateur pour stocker des informations qui peuvent être récupérées très rapidement, ce qui réduit la nécessité pour le processeur à attendre les réponses de la mémoire principale.

La plupart des traitements actuels utilisent plusieurs niveaux de mémoire cache, avec certains des niveaux les plus rapides de la mémoire cache intégré dans le processeur lui-même et certains des niveaux de cache plus lentes résidant sur la carte mère. Chaque niveau de la mémoire cache augmente en taille car il devient plus loin du processeur. La structure de la mémoire cache comporte un index, un pointeur vers l'index dans la mémoire principale, les données stockées dans la mémoire principale et un drapeau qui indique si les données sont toujours valables.

Depuis la mémoire cache est un sous-ensemble plus rapide de la plus grande quantité de mémoire principale dans un ordinateur, le processeur vérifie d'abord quand il est à la recherche d'informations. Si le cache contient les informations demandées par le processeur et les informations sont valides, le processeur utilise les résultats de la mémoire cache, qui sont retournés au processeur très rapidement, ce qui améliore le fonctionnement de l'ordinateur. Si les informations ne sont pas dans le cache ou de l'information dans la mémoire cache est marqué comme non valide, puis un cache miss a eu lieu, et le processeur doit accéder à la mémoire principale pour recueillir les informations. Cette information est ensuite écrit dans le cache pour une utilisation future. Si il y a plusieurs couches de mémoire cache, chaque couche de la mémoire cache fonctionne d'une manière similaire. La demande de données est transmis à la couche la plus basse, et si elle ne contient pas la réponse, la demande est transmise à la couche suivante, et ainsi de suite jusqu'à ce que les données se trouve ou que la demande est transmise à la mémoire principale.

La clé pour améliorer la vitesse de traitement de l'ordinateur est de permettre à l'information de circuler à travers le processeur le plus vite possible, et une mémoire cache fonctionne vers cet objectif en réduisant la quantité de temps le processeur passe d'attente pour obtenir des informations. Mémoire cache est une composante essentielle de tous les ordinateurs conçus aujourd'hui, car il améliore les performances du processeur, et une certaine quantité de mémoire cache est généralement intégré dans le processeur lui-même. La conception de la mémoire cache est aussi important, car il influe sur la capacité du processeur à travailler à sa capacité maximale en minimisant les échecs du cache.