CPUキャッシュとは何ですか？

中央処理装置（CPU）キャッシュはランダムアクセスメモリ（RAM）の一種で、コンピューターのマイクロプロセッサー自体に直接組み込まれ、L1キャッシュとして指定されます。 別の種類のCPUキャッシュは、マザーボード上の容量が制限されたL2スタティックRAM（SRAM）チップです。 これらのタイプのメモリはどちらも、標準のRAMメモリが使用される前にルーチン命令を実行する際にマイクロプロセッサが最初にアクセスするものであり、これによりプロセッサのパフォーマンス特性が向上します。

プロセッサーのデータアクセスを高速化するために、CPUキャッシュメモリをマイクロプロセッサーに配置して、プロセッサーへのデータアクセスを高速化することは、1989年に作成された80486コンピュータープロセッサーの作成以来行われており、基本的なL1キャッシュレジスタが組み込まれていました。 プロセッサ機能に直接統合されたより大きなレベルのL2キャッシュが1995年に使用されました。2011年の時点で、システムのメインRAMメモリの前にアクセスされるL3として知られる一部のコンピューターシステムにもCPUキャッシュメモリの第3レベルが存在します自体が使用されます。 キャッシュの各レベルは、マイクロプロセッサからの距離が長くなるにつれて、パフォーマンスが大きく、遅くなるように設計されています。 L1 CPUキャッシュの初期レベルはサイズが8キロバイトで、2007年のマシンのL2キャッシュはすでに6メガバイトのサイズ制限を超えていました。

マイクロプロセッサ用の高速で低容量のキャッシュメモリの機能は、命令を実行する方法を中心にしています。 マイクロプロセッサが操作を実行するとき、従来、システムバスを介してメインメモリにデータの要求を送信する必要があります。 コンピューターの用語では、これは非常に遅いプロセスなので、CPU設計者は、マイクロプロセッサーが繰り返しアクセスするデータのプロセスのショートカットを組み込みました。 頻繁にアクセスされるデータが既にCPUキャッシュにロードされている場合、マイクロプロセッサははるかに高速で効率的な操作を実行できます。 このため、この中央処理装置のメモリは、命令キャッシュまたはデータキャッシュと呼ばれることが多く、マイクロプロセッサの機能とコンピュータ自体のハードウェアに直接結び付いています。 対照的に、コンピューターの標準RAMに保存されているデータの多くは、コンピューターが同時に実行している多くのプログラムのソフトウェアキャッシュです。

L1キャッシュは、多くの場合、保護されたメモリまたは書き込み禁止のメモリとも呼ばれます。このキャッシュに保存されたデータは、コンピュータの機能に不可欠であるためです。 誤って上書きされた場合、コンピューターは一般的な保護違反に陥る可能性があり、コンピューターをシャットダウンして再起動し、破損したCPUキャッシュをクリアします。 さまざまなレベルのCPUキャッシュには書き込みバッファー機能があり、そこに保存されているデータをメインメモリに書き込み、キャッシュ内のスペースを解放して、より頻繁にアクセスされる操作の処理の優先度を上げる必要があります。

大量のCPUキャッシュを使用すると、マイクロプロセッサのパフォーマンスが向上し、システムに組み込まれるキャッシュメモリが少ない高速なプロセッサよりもパフォーマンスが向上します。 フロントサイドバス（FSB）の速度も、マイクロプロセッサのパフォーマンスを決定するのに役立ちます。 一般に、バス速度は一般に、処理がバスを介してメモリに行き来するパーソナルコンピューター（PC）のパフォーマンス特性のボトルネックでした。 Core 2プロセッサの2011年時点での高いFSBレートは、コンピューター命令セットの1,600メガヘルツ（1秒あたり16億サイクル）のレベルです。