Кеш-пам'ять

Кеш (Cache) — спеціальний вид пам'яті або частина ОЗП, де зберігаються копії часто використовуваних даних. Забезпечує до них швидкий доступ. Кеш пам'яті зберігає вміст і адресу ділянки ОЗП, до якої часто звертається процесор. При звертанні процесора до адреси пам'яті, кеш перевіряє наявність у себе цієї адреси. Якщо він її знаходить, обмін даними виконується між процесором і кешем; якщо ні — між процесором і ОЗП. Кеш ефективний, коли швидкість роботи пам'яті менша за швидкість роботи процесора.

Історія

Використання слова «кеш» у контексті комп'ютерів походить від 1967 року, коли готувалась стаття для публікації в журналі 'IBM Systems Journal'. Стаття стосувалась захоплюючого удосконалення пам'яті в Моделі 85, наступної в лінії IBM System/360. Редактор журналу, Lyle R. Johnson, попросив використати більш описовий термін, ніж «швидкохідний буфер», але іншого слова не було надано, тоді він запропонував «кеш». Стаття була опублікована на початку 1968 року, автори були нагороджені IBM, їх робота широко схвалювалась і згодом була поліпшена, та назва «кеш» скоро стала стандартно використовуватись в комп'ютерній літературі.

Принцип дії

Кеш — це швидка буферна пам'ять невеликої місткості, що розташована поміж процесором і основною пам'яттю. Кеш працює на повній швидкості процесора і не пригальмовує його роботу. Кеш (cache в перекладі з англ. — тайник) лишається прозорим для програміста, тому що система інструкцій процесора, як правило, не містить команд роботи з кешем. При поясненні роботи кеша можна прийняти, що процесор також не «бачить» кеш і генерує адреси пам'яті так, ніби кеша немає. Проте кеш, як правило, існує, і на апаратному рівні перехоплює сигнали процесора читання/запис, а коли треба, то надає процесору швидкі копії інформаційних кодів, які тимчасово зберігає у власній робочій пам'яті. Якщо кеш спроможний підмінити собою пам'ять (у понад 96-98 відсотків випадків), тоді він за рахунок власних ресурсів задовільняє запит процесора. Процесор не пригальмовується і залишається працювати на повній швидкості. Коли «підміна» пам'яті неможлива (менше від двох-чотирьох відсотків випадків), тоді кеш залучає до роботи пам'ять, обмін з якою суттєво пригальмовує процесор.

Усі задачі, пов'язані із перехопленням запитів від процесора на роботу із пам'яттю, вирішує частина апаратури кешу під назвою контролер кешу. Друга частина апаратури кешу містить невелику робочу пам'ять, де зберігають вмістиме копій комірок головної пам'яті, що брали участь в обслуговуванні останніх, тобто «найсвіжіших» запитів процесора. Важливо, що вмістиме комірок головної |пам'яті копіюється до пам'яті кешу разом зі своїми адресами. Саме ці копійовані адреси і дозволяють контролеру кешу приймати рішення про спроможність буферної пам'яті задовільнити конкретний процесорний запит без залучення до обміну повільної головної пам'яті.