Как работает иерархия памяти в современных процессорах?

Иерархия памяти в современных процессорах позволяет оптимизировать доступ к данным и их хранение. 3 Существует несколько уровней памяти, у каждого из которых своя скорость доступа и производительность. 3

Некоторые уровни иерархии и их характеристики:

• Регистры. 3 Высокоскоростные блоки памяти, которые расположены в процессоре. 3 Хранят данные, которые используются чаще всего. 3 У регистров самое маленькое время доступа, так как они расположены ближе всего к процессору. 3 Но регистры имеют самую маленькую ёмкость и могут обрабатывать ограниченное количество информации за раз. 3
• Кэш. 3 Небольшой и быстрый блок памяти, который расположен рядом с процессором. 3 Процессор может временно сохранять копии информации из оперативной памяти и быстро получать доступ к часто используемым данным. 3 Кэш-память повышает общую производительность системы и уменьшает время доступа. 3
• Оперативная память. 3 Основная память компьютерной системы. 3 В ней хранятся данные и инструкции, которые процессор использует на текущий момент. 3 Однако, несмотря на большую ёмкость оперативной памяти, она работает медленнее, чем регистры или кэш-память. 3
• Вспомогательное ЗУ. 3 Энергонезависимая память, ёмкость которой больше, чем основной памяти. 3 Здесь процессор хранит данные, к которым он обращается не так часто, но которые всё же нужно сохранить для дальнейшего использования. 3 Однако у вспомогательного ЗУ самое медленное время доступа, и оно, как правило, является самым экономичным вариантом среди всех уровней иерархии. 3
• Третичная память. 14 Задержки до нескольких секунд или минут, но практически неограниченные объёмы (ленточные библиотеки). 14

Для уменьшения времени ожидания на более высоких уровнях, низшие уровни могут подготавливать данные укрупнёнными частями с буферизацией и, по наполнению буфера, сигнализировать верхнему уровню о возможности получения данных. 1

Такая структура гарантирует, что информация, которая используется чаще всего, будет получаться быстрее, чем та, которая используется редко. 3