Muistivälimuisti

Muistivälimuisti (cache) on pieni, erittäin nopea muistipaikka, joka sijaitsee yleensä prosessorin ja päämuistin välillä. Sen tehtävänä on nopeuttaa muistiväylän kautta tapahtuvaa tiedonhakua pitämällä äskettäin tai usein käytettyjä tietoja lähellä suoritinta.

Toimintaperiaate perustuu paikallisuuteen: sekä aikaisemmin että usein käytettyjen tietojen pysyminen välimuistissa. Kun CPU tarvitsee dataa, välimuisti tarkistetaan ensin. Jos data löytyy (cache hit), se toimitetaan nopeasti. Jos dataa ei ole (cache miss), tieto haetaan päämuistista tai alemmasta välimuistista ja tallennetaan välimuistiin. Kirjoituksissa voidaan käyttää write-back- tai write-through-käytäntöä.

Välimuistit ovat järjestetty useille tasoille, yleisimmin L1-, L2- ja L3-välimuisteihin. L1 on pienin ja nopein, usein useita kilotavua per ydin; L2 on suurempi ja hiukan hitaampi; L3 on yhteisesti jaettu koko suorittimen osalta. Välimuistin organisaatio voi olla suoraan kohdennettu (direct-mapped), assosiatiivinen tai set-assosiatiivinen.

Moniydin- ja moniytimijärjestelmissä välimuistien koheresenssi on tärkeä; yleisiä koheresenssiprotokollia ovat MESI ja MOESI.

Vaikutus suorituskykyyn on merkittävä: hyvä välimuisti pienentää muistiviiveitä ja parantaa ohjelmien vasteaikoja sekä lyhentää energian kulutusta. Välimuistit ovat keskeinen osa muistihierarkiaa, ja niiden tehokkuus määrittää paljon modernien järjestelmien suorituskykyä. Ne löytyvät sekä prosessoreista että muista järjestelmäkomponenteista, kuten grafiikkaprosessoreista ja tallennusjärjestelmän välimuisteista.