Che cos'è una cache della CPU?
La cache dell'unità di elaborazione centrale (CPU) è un tipo di memoria ad accesso casuale (RAM) incorporata direttamente nel microprocessore stesso di un computer ed è designata come cache L1. Un'altra varietà di cache della CPU sono i chip RAM RAM SRAM (SRAM) a capacità limitata sulla scheda madre. Entrambi questi tipi di memoria sono i primi a cui il microprocessore accede eseguendo le istruzioni di routine prima che venga utilizzata la memoria RAM standard, e questo offre ai processori caratteristiche di prestazione migliorate.
La pratica di collocare la memoria cache della CPU sui microprocessori per un accesso immediato alla memoria per accelerare l'accesso ai dati per il processore è stata fatta sin dalla creazione del processore del computer 80486 realizzato nel 1989, in cui era incorporato un registro cache L1 rudimentale. Livelli più grandi di cache L2 che sono stati direttamente integrati nella funzionalità del processore sono entrati in uso nel 1995. A partire dal 2011, un terzo livello di memoria cache della CPU esiste anche in alcuni sistemi informatici noti come L3, a cui si accede prima della memoria RAM principale del sistema stesso è usato. Ogni livello di cache è progettato per essere più grande e più lento nelle prestazioni man mano che aumenta la distanza dal microprocessore. I primi livelli della cache della CPU L1 erano di 8 kilobyte, con cache L2 su macchine a partire dal 2007 che già superava il limite di 6 megabyte e alcuni sistemi a partire dal 2011 avevano incorporato un buffer di cache L4 fino a 64 megabyte.
La funzione della memoria cache a basso volume e ad alta velocità per i microprocessori ruota attorno al modo in cui eseguono le istruzioni. Quando un microprocessore esegue operazioni, deve tradizionalmente inviare richieste di dati alla memoria principale attraverso il bus di sistema. In termini di computer, questo è un processo molto lento, quindi i progettisti di CPU hanno creato delle scorciatoie per il processo per i dati a cui il microprocessore accede ripetutamente. Quando i dati a cui si accede frequentemente sono già caricati nella cache della CPU, il microprocessore può eseguire operazioni a una velocità molto più rapida ed efficiente. Per questo motivo, questa memoria dell'unità centrale di processo viene spesso definita cache di istruzioni o cache di dati in cui è collegata direttamente alla funzionalità del microprocessore e dell'hardware del computer stesso. Al contrario, gran parte dei dati memorizzati nella RAM standard su un computer è cache del software per i numerosi programmi che il computer esegue contemporaneamente.
La cache L1 viene spesso definita memoria protetta o memoria con un'allocazione senza scrittura, poiché i dati memorizzati in questa cache sono essenziali per la funzione del computer. Se viene sovrascritto accidentalmente, il computer può subire un errore di protezione generale in cui è costretto a spegnersi e riavviarsi per cancellare la cache della CPU danneggiata. Vari livelli di cache della CPU hanno funzionalità di buffer di scrittura, in cui riscrivono i dati archiviati nella memoria principale per liberare spazio nella cache per quando le operazioni a cui si accede più frequentemente devono avere una priorità più alta nell'elaborazione.
Grandi quantità di cache della CPU miglioreranno le prestazioni di un microprocessore a un punto in cui può superare le prestazioni di un processore più veloce che ha meno memoria cache integrata nel sistema. Anche la velocità del bus frontale (FSB) è determinante per determinare le prestazioni del microprocessore. La velocità del bus in generale è stata tradizionalmente un collo di bottiglia per le caratteristiche prestazionali sui personal computer (PC) in cui l'elaborazione deve essere incanalata avanti e indietro attraverso il bus verso la memoria. Alti tassi di FSB dal 2011 per i processori Core 2 sono a un livello di 1.600 megahertz, ovvero 1.600 milioni di cicli al secondo, di set di istruzioni per computer.