Буферная память (кэш)

Известно, что процессор и оперативная память работают на разных частотах. Более быстрый процессор успевает совершить несколько тактов, прежде чем операционная память успеет сделать один "шаг". Как же удержать в одной связке быстрый процессор и более медленную память? Для этого был разработан и внедрен, так называемый, кэш, то есть буферная память, которая работает на частоте процессора. Название полностью оправдывает себя (англ. cache - тайник, запас). Определенный размер буферной памяти всегда находится у него "под рукой" на различные нужды и нет необходимости обращаться к медленной операционной памяти. Обычно встречается исчисляющийся в килобайтах кэш первого уровня и мегабайтный кэш второго уровня. В новейших процессорах подразумевается также кэш третьего уровня. Почему же нельзя отказаться от оперативной памяти вообще и заменить ее всю на буферную? Во-первых, кэш занимает определенное место в кристалле процессора и его нельзя наращивать неограничено. Во-вторых, цена буферной памяти несопоставима с ценой оперативной памяти. Чтобы сэкономить место на компьютере, можно взять аренду облачного vps сервера, которую предлагает наш хостинг. Таким образом, вся информация будет хранится в надежном и безопасном месте.

Разберем принцип функционирования кэш на примере сборщика оборудования. Представим работу некоего сборщика в каком-нибудь цехе. Он собирает определенный прибор и использует в своей работе большое количество разнообразных крепежных деталей. Самые необходимые и часто используемые находятся у него под рукой (кэш-память первого уровня). Остальные детали лежат рядом на верстаке (кэш-память второго уровня). При сборке он использует подручные детали и практически не отвлекается. Случается так, что требуется деталь, которой под рукой не оказывается (промах кэш первого уровня). Тогда ему стоит лишь дотянуться до верстака, сделав полшага, и он возьмет необходимую деталь. Но в его работе встречаются нестандартные приборы, и нужной крепежной детали не оказывается и на верстаке. В таком случае сборщику приходится останавливать свою работу и идти на склад за нужной деталью (промах кэш второго уровня). Применительно к процессору получается, что когда необходимых данных не оказывается в кэше первого уровня он загружает их из кэша второго уровня, практически не теряя при этом производительности. Но когда случается промах кэша второго уровня, ему приходится ждать, когда данные поступят из более медленной оперативной памяти и он работает несколько тактов "в холостую".