Что такое кэш-память?

Кэш-память (cache) — это верхний уровень иерархии подсистемы памяти, обеспечивающий необходимую производительность подсистемы памяти, которая требуется для эффективной работы ядра процессора при обращениях в оперативную память компьютера.

Принцип действия кэш-памяти - динамическое копирование в «быстрое» запоминающее устройство наиболее часто используемой информации из соседнего более низкого уровня (и более «медленного», соответственно) запоминающего устройства (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Принцип действия кэш-памяти

Кэш-память позволяет, с одной стороны, уменьшить среднее время доступа к данным, а с другой стороны - экономить более дорогую быстродействующую память.

Неотъемлемым свойством кэш-памяти является ее прозрачность для программ и пользователей. Система не требует никакой внешней информации об интенсивности использования данных; ни пользователи, ни программы не принимают никакого участия в перемещении данных из запоминающего устройства одного уровня в запоминающее устройство другого уровня, все это делается автоматически аппаратными системными средствами.

Кэширование — это универсальный метод, пригодный для ускорения доступа к оперативной памяти, к диску и к другим видам запоминающих устройств. Если кэширование применяется для уменьшения среднего времени доступа к оперативной памяти, то в качестве кэш-памяти используют быстродействующую статическую полупроводниковую память. Если кэширование используется подсистемой ввода-вывода для ускорения доступа к данным, хранящимся на жестком диске, то в этом случае роль кэш-памяти, как правило, выполняют буферы в оперативной памяти или в твердотельных дисках, в которых оседают наиболее активно используемые данные. Виртуальную память также можно считать одним из вариантов реализации принципа кэширования данных, при котором оперативная память выступает в роли кэш-памяти по отношению к внешней памяти — жесткому или твердотельному диску. Правда, в этом случае кэширование используется не для того, чтобы уменьшить время доступа к данным, а для того, чтобы заставить диск частично подменить оперативную память за счет перемещения временно неиспользуемых команд и данных на диск с целью освобождения места для активных процессов. В результате наиболее интенсивно используемые данные «оседают» в оперативной памяти, остальная же информация хранится в более объемной и менее дорогостоящей внешней памяти.