cachehukommelsen

Cachehukommelsen er en lille, meget hurtig hukommelse mellem CPU'en og den større primære hukommelse (RAM). Den gemmer kopier af data og instruktioner, som sandsynligvis vil blive tilgået igen, for at reducere den gennemsnitlige adgangstid og energiforbrug.

Typisk er cachehukommelsen opdelt i niveauer: L1-cache, L2-cache og ofte L3-cache. L1 er tættest på kernen og den hurtigste, men også den mindste. L2 er større og langsommere, og L3 kan være fælles for flere kerner og stadig større. Data og instruktioner flyttes mellem niveauerne og RAM'en i form af cachelinjer (blokke).

Caches er organiseret i cachelinjer, og hver linje har data samt et tag, der identificerer hvilken adresse indholdet stammer fra. Adgangen styres gennem forskellige mappingtyper: direkte mapper, set-associative eller fuldt associeret. Ved en forespørgsel tjekker CPU'en først cache-indholdene for et match. Ved et hit leveres dataene hurtigt; ved et miss hentes linjen fra RAM og placeres i cache, ofte ved at fjerne en anden linje ifølge en erstatningspolitik (for eksempel LRU).

Write-politikker beskriver hvordan writes håndteres. Write-through opdaterer RAM'en ved hver skriveoperation, mens write-back opdaterer RAM'en først når en cache-linje bliver erstattet. Moderne processorer anvender ofte write-back med write-allocate, hvor også skriver-miss indlæses i cache'en.

I multi-core-systemer kræves cachekoherens for at sikre konsistens mellem kerner. Protokoller som MESI håndterer hemmeligheden ved at ændre tilgængeligheden af data i forskellige caches. L3-cache er ofte delt mellem kerner, hvilket påvirker koherens og ydeevne. Cachehukommelsen har stor betydning for systemets hastighed og energiforbrug ved at øge risikoen for højere hitrater og lavere miss-penalty.