Ca să pot să explic ce este memoria cache trebuie să vă prezint o schemă. [Ştiu că sunteţi înnebuniţi după desenele mele, dar să vedeţi şi ce listă am tras.] Sper că din această schemă corelată cu explicaţia  va rezulta destul de evident la ce este bună memoria cache.

Schema profan – principială de funcţionare a memoriei cache (sau algoritmul cache generalizat, în viziunea mea):

Notă:

• Răspunsul la cererea către hard disk (linia punctată) apare doar după ce s-a constatat că niciuna din memoriile cache (se observă modul de conectare, se numeşte conectare în cascadă) nu conţine informaţia cerută şi circulă pe "calea inversă".

Dacă nu este destul de clar cu funcţionează explic şi în cuvinte (ar fi cam greu de explicat prin mimă):

Partea de execuţie a instrucţiunilor are nevoie de o parte din conţinutul unui fişier. Acesta îi comunică părţii de control ce nevoie are. Acesta întreabă memoria cache internă, care stochează datele utilizate cel mai recent (hai să nu ne legăm de liste FIFO şi alte asemenea). [Urmează o listă extremă.]

Dacă memoria cache din microprocesor (CPU):

1. Are informaţia cerută – o trimite unde este nevoie.
2. Nu are informaţia cerută – o cere din memoria cache externă (să zicem că e aceea de pe placa de bază).

   Dacă memoria cache externă:

   1. Are informaţia cerută – o trimite unde este nevoie.
   2. Nu are informaţia cerută – o cere din memoria RAM care s-ar putea să o aibe de la o cerere similară prealabilă.

      Dacă memoria RAM:

      1. Are informaţia cerută – o trimite unde este nevoie.
      2. Nu are informaţia cerută – o cere de la hard disk, prin intermediul controller-ului de hard disk. Ştim că orice hard disk are o memorie cache.

         Dacă memoria cache din hard disk:

         1. Are informaţia cerută – o trimite spre RAM care o trimite mai apoi spre microprocesor, unde este nevoie.
         2. Nu are informaţia cerută – o citeşte de pe disk. Acum o are. Şi o trimite spre memoria RAM, prin microcontroller-ul cu DMA (acces direct la memorie) care memorie RAM o trimite mai apoi spre microprocesor, unde este nevoie.

Ştiu că pare complex. Este. Ştiu că pare o operaţie lentă. Nu este. Pentru că fiecare tip de cache menţionat mai sus funcţionează după nişte algoritmi care să crească şansele ca acestea să aibe informaţia cerută plus că timpul necesar interogării acesteia este infinit (mult) mai mic decât timpul necesar crererii şi primirii răspunsului (în acest caz o parte dintr-un fişier).

Memoria cache, generic vorbind, fiind mai rapidă decât orice altă memorie (cu excepţii) poate trimite mai rapid informaţiile spre microprocesor. Aceasta înseamnă că microprocesorul poate să nu mai irosească timp preţios în aşteptarea unor date sau informaţii necesare execuţiei unui program. Ceea ce duce la creşterea performanţelor sistemului pentru că în loc să stea acesta lucrează.

Desigur, cu cât dimensiunile fiecărui tip de cache sunt mai mari cu atât cresc şansele ca aceasta să aibe informaţia cerută. Din păcate, fiind memorii rapide (de exemplu cea din microprocesor lucrează la frecvenţa internă a acestuia) sunt şi scumpe.

Explicaţie şi mai profană (nu cred că se poate mai profan de atât): un meşter îşi pune sculele cele mai folosite mai aproape de mână, iar sculele cel mai puţin folosite mai departe. Sculele cele mai apropiate de mână se cheamă că sunt în memoria cache, pentru că s-ar putea să le fi folosit recent şi acestea sunt mai la îndemână.

Sper că am reuşit cât de cât să explic ce este cu această memorie numită cache, care vedem că este de mai multe tipuri. Oricum, numai studierea tuturor memoriilor şi algoritmilor cache este subiect pentru o carte aşa că eu, prin articolul acesta, n-am reuşit nici măcar să zgârii suprafaţa.

Ca şi curiozitate memoria cache a apărut relativ recent. Primele microprocesoare din PC-uri cu memorie cache internă fiind cele din clasa 486. Sper că v-a plăcut articolul.