L'unità di elaborazione centrale (CPU) di un computer è uno dei suoi componenti più importanti; si esegue programmi, esegue i calcoli e rende confronti logici. Negli anni dal 1990, produttori di CPU hanno aggiunto una quantità crescente di speciale memoria denominata cache. Memoria cache migliora l'efficienza e la velocità della CPU alleviando i colli di bottiglia di memoria.

CPU

Ogni computer, indipendentemente dalle dimensioni, dispone di una CPU. Una CPU è un circuito integrato che confezioni centinaia di milioni di transistor su un silicio chip a pochi millimetri quadrati. Anche se esegue i calcoli, la parte principale della CPU contiene solo una quantità modesta di una propria memoria.

Memoria e Cache

I computer hanno generose quantità di memoria ad accesso casuale o RAM. Nel 2011, un tipico computer desktop ha tra 1 e 4 gigabyte di RAM. Si tratta di deposito di dati veloce che contiene programmi attivi e i risultati dei calcoli. RAM è fuori e separato dalla CPU, anche se comunicano tramite una connessione ad alta velocità. Anche con questa connessione, tuttavia, la CPU impiega una frazione significativa del suo tempo di attesa per la memoria a inviare i propri dati.

Velocità ed efficienza

Come CPU è diventato più veloce, i ritardi nell'ottenere i dati dalla RAM è diventato più significativi. A causa di questo problema, i progettisti di chip aggiunto memoria speciale, denominata cache, direttamente sulla CPU stessa. Cache agisce come una memoria a breve termine per la CPU, mantenendo i dati utilizzati frequentemente utile. Quando la CPU ha bisogno di un pezzo di dati, Cerca nella cache prima. A seconda di quanta cache ha, la CPU rileva i dati ci oltre il 90% del tempo. Cache è più veloce di RAM, quindi questo riduce il tempo di attesa della CPU al minimo. CPU in genere eseguire programmi diverse volte più veloce con cache che senza di essa.

Dimensione della cache e rendimenti decrescenti

Anche se la cache è importante per la velocità, è anche costoso. È anche soggetta alla legge dei rendimenti decrescenti; una dimensione della cache ideale avrà dati della CPU 90-95 per cento del tempo. Se si raddoppia quella dimensione, può aumentare fino al 97 per cento, ma non potrà mai raggiungere il 100%. L'aumento dal 95 al 97 per cento ha poco effetto sulle prestazioni complessive.

Dimensioni della Cache di esempio

Nel 2011, un moderno microprocessore, Intel Core i5, dispone di 8 MB di cache, o circa un millesimo la dimensione della RAM di un computer. La dimensione della cache su un precedente processore Intel, il Pentium 4, era di 512KB. Il 386, un chip nel 1980, non aveva nessuna cache interna.