Што такое кэш-памяць

Далёка не ўсе ўладальнікі кампутараў ведаюць, што такое кэш-памяць, хоць яна актыўна выкарыстоўваецца абсалютна ўсімі вытворцамі, як працэсараў, так і праграм. Некаторыя карыстальнікі, толькі нядаўна пачалі асвойваць персанальны кампутар, часам на тэматычных форумах у глабальнай Сеткі скардзяцца на нізкую хуткадзейнасць сваіх электронных памочнікаў. Напрыклад, калі паміж запускам цэтліка офіснай праграмы і з'яўленнем яе вокны праходзіць 5 секунд, то гэта лічыцца каласальным часам. Або сцвярджаецца, што тыя 10-15 секунд, якія неабходныя для загрузкі аперацыйнай сістэмы з жорсткага дыска на магнітных пласцінах - дарэмная страта часу. Дзіўна: усяго дзясятак гадоў таму запуск праграмы мог займаць амаль палову хвіліны, і гэта лічылася хутка. Відавочна адно - прадукцыйнасць кампутараў істотна ўзрасла і ў гэтым далёка не апошнюю ролю адыграла кэш-памяць працэсара.

Якія выкарыстоўваюцца ў кампутарнай тэхніцы модулі аператыўнай памяці грунтуюцца на тэхналогіі DRAM (дынамічная памяць з адвольным доступам). Асаблівасці гэтай тэхналогіі ў нізкай кошту, высокай надзейнасці і ... адносна нізкім хуткадзейнасці. DRAM ўжывалася ўжо дзесяць гадоў таму, праўда, яшчэ больш павольныя яе мадыфікацыі. Калі ў той час доступ да вочак памяці ажыццяўляўся з затрымкамі каля 200 нанасекунд, то цяпер гэта значэнне пераадолела мяжу ў 20 нс. Здавалася б - хуткасць павінна быць проста фантастычнай! Аднак паралельна з удасканаленнем DRAM таксама павялічвалася прапускная здольнасць шын працэсара, таму агульнае суадносіны змяніліся не так, як магло б. Вось мы і падышлі да пытання аб тым, што такое кэш-памяць. Як можна павялічыць прадукцыйнасць падсістэмы памяці кампутара? Адказ відавочны - можна замяніць маральна састарэлую DRAM чымсьці больш прагрэсіўным. Але сумна вядомы вопыт Intel з дарагімі планкамі Rambus падказаў, што замена ня павінна істотна павялічваць выніковы кошт.

Калi б не было гэтага абмежавання, ніхто ніколі б і не задумваўся, што такое кэш-памяць, таму што ў падобным механізме не было б асаблівага сэнсу. Дастаткова замяніць DRAM больш дасканалай SRAM (памяць з адвольным статычным доступам) і праблема была б вырашана. Але гэта пацягнула б значнае павелічэнне кошту. Таму быў прапанаваны кампрамісны варыянт, які апынуўся настолькі ўдалым, што ўжываецца яшчэ з часоў першых 80286. Для павелічэння прадукцыйнасці сістэмы паміж адносна павольнымі модулямі аператыўнай памяці і хуткадзейным працэсарам размяшчаюцца блокі хуткасны памяці. Адносна колькасці вочак DRAM іх аб'ём вельмі нязначны, складаючы ад 8 кб (першы ўзровень L1) да дзясяткаў мегабайт (узровень L3). Спецыяльны кантролер прапускае праз сябе двунаправленный струмень дадзеных і капіюе іх частка ў хуткую памяць. Пры наступных запытах працэсара да DRAM кантролер правярае, ці няма «ў запасе» патрэбных данны, і калі яны знойдзены, то перадача працэсару ідзе менавіта з кэша. Як бачна, прынцып працы даволі просты. Складанасці ўзнікаюць у спосабах рэалізацыі: распрацоўнікам прыходзіцца вырашаць, якія менавіта дадзеныя дубляваць, як іх абнаўляць, як павысіць эфектыўнасць працы і інш. Але гэта вельмі аб'ёмная тэма, таму падрабязней пра яе можна прачытаць у спецыялізаваных крыніцах.

Такім чынам, адказ на пытанне пра тое, што такое кэш-памяць, можа быць сфармуляваны наступным чынам: кэш-памяць з'яўляецца своеасаблівым буферам, у які кантролерам запісваюцца / счытваюцца дадзеныя, павялічваючы прадукцыйнасць падсістэмы памяці.

А ў дачыненні да сеткавых прыкладанняў што такое кэш? Браўзэр карыстальніка пры праглядзе старонак у Інтэрнэце выкарыстоўвае такое ж рашэнне. Пры першым адчыненні любой старонкі шматлікія яе элементы (малюнкі, дадзеныя) захоўваюцца ў тэчцы на дыску, а пры наступных зваротах гэтыя дадзеныя не загружаюцца з павольнай Сеткі, а падстаўляюцца з папкі, павялічваючы хуткасць серфінгу. Паскарэнне асабліва прыкметна пры нізкіх хуткасцях Інтэрнэту.