K čemu slouží cache paměť?

U výpočetní techniky se můžete setkat s nejrůznějšími typy pamětí. Jednou z nich je také cache paměť. Pokud nevíte, k čemu slouží a jaké je její označení, prozradíme vám to.

Cache paměť stolního počítače, notebooku, ale i serveru. Výraz, který z technických parametrů vyčtete poměrně záhy. Co se ale za tímto označením skrývá a k čemu taková paměť vlastně slouží? Tento pojem značí mezipaměť. Ta se primárně týká hardwaru počítače, konkrétně samotného procesoru. Právě kvůli tomu se můžete setkat i s názvem cache CPU. Vzhledem k tomu, že cache paměť může být také softwarovou součástí výpočetní techniky, lze narazit na výraz vyrovnávací paměť.

Pokud se na cache paměť zaměříme v obecné rovině, lze konstatovat jediné. Do tohoto typu paměti jsou ukládána dočasná, a hlavně nejčastěji používaná data. Díky její rychlosti je dosaženo velice kladných výsledků a tím urychleno zpracování konkrétní úlohy. Při pohledu do historie jen sdělíme, že tento typ paměti byl vynalezen zhruba v polovině 60. let 20. století.

Forma cache CPU

Jak už prozrazuje samotné označení cache CPU, tento typ paměti primárně souvisí s procesorem. Mezipaměť procesoru, s pomocí níž se vyrovnávají rychlosti mezi jednotlivými částmi procesoru. Jedná se o velice rychlou paměť, která svou rychlostí předčí operační paměti počítače, z čehož plyne onen zrychlený přístup ke konkrétním datům a informacím. S rostoucí cache pamětí tak roste i výkon procesoru. Cache CPU je navíc v rámci efektivity využití procesoru rozdělena do tří vrstev, z nichž každá plní svoji roli.

• Vrstva L1
• Vrstva L2
• Vrstva L3

Jednotlivé vrstvy cache paměti

Jen malý kousek od jádra procesoru, přesně v těchto místech se nachází mezipaměť procesoru čili cache paměť. Samotné označení L1 až L3 vychází z anglického výrazu layer neboli vrstva. Zde platí, že čím menší číslo vrstva má, tím rychlejší je konkrétní cache paměť. Nejrychlejší je tedy L1 vrstva a nejpomalejší je L3 vrstva.

Pojďme začít popisem L1 cache paměti, která patří k té nejrychlejší. Obecně se udává, že tento typ cache paměti je asi stokrát rychlejší nežli běžné operační paměti RAM. Její rychlost je sice největší, na druhou stranu ze tří prezentovaných vrstev má nejnižší kapacitu, což je dáno vlivem vyšších nákladů. L1 cache zpracovává informace o operacích a zároveň uchovává data. Přesně z těchto důvodů se můžete setkat s dalším dělením této cache paměti v podobě instrukční cache a datové cache.

Druhou zmíněnou je L2 cache. Ta je z pohledu celkové rychlosti zhruba 25x rychlejší oproti operační paměti RAM. Je tedy o něco pomalejší než vrstva L1, přesto velkým podílem přispívá k zamezení snížení rychlosti procesoru. Z pohledu situování se nachází mezi výpočetními jednotkami procesoru a operační pamětí. Nutno podotknout, že vrstvy L1 a L2 jsou implementovány v každém jádře procesoru. U vrstvy L3 je tomu trochu jinak.

Nejpomalejší pamětí je L3 cache, která ve své podstatě funguje jako jedno sdílené paměťové místo pro všechna jádra dohromady. S nižší rychlostí pochopitelně dochází k nárůstu celkové kapacity. Ta se na rozdíl od mezipaměti L1 nepohybuje v kilobajtech, ale v megabajtech. Obvykle jsou to kapacity 8 až 32 MB, přičemž u serverů se setkáte s mnohonásobně větší kapacitou až 256 MB. I přesto, že L3 cache označujeme jako nejpomalejší ze tří vrstev, přináší velké zrychlení oproti klasickým pamětem a přispívá k rychlosti zpracování výpočetních úloh.

Hardwarová vs. softwarová cache

Vše výše popisované lze shrnout do jedné kategorie označované jako hardwarová cache. Rychlá paměť umístěná v mikroprocesoru, která vlastně urychluje přístup do operační paměti výpočetní techniky. Jejím opakem je logicky softwarová cache, s níž se setkáte v případě operačních pamětí, kde je umístěna. S pomocí této cache lze docílit rychlejšího přístupu k často používaným datům uloženým na pevných discích, jejichž rychlost je obecně nižší.

Nutno podotknout, že technologie jdou neustále kupředu, takže mnozí výrobci procesorů vylepšují cache paměti a rapidně zvyšují jejich kapacitu, hlavně v podání L3 cache. Tím se zvyšuje i celkový výkon procesorů.

Tak trochu jiná cache paměť

Hardwarová a softwarová cache nejsou tím jediným, s čím se můžete setkat. Výraz cache se pojí i se slovním spojením webový prohlížeč. Ano, je to cache webového prohlížeče, jejíž název je celkem jasně vypovídající. Jedná se o určitý typ mezipaměti internetového prohlížeče. Do této paměti jsou načítány některé prvky webových stránek, které se při opětovné návštěvě dané stránky okamžitě načtou a tím je urychleno zobrazování informací. Typickým příkladem jsou obrázky, soubory a jiná data. Cache webového prohlížeče funguje v podstatě v libovolném prohlížeči napříč různými zařízeními, od výpočetní techniky až po mobilní telefony.

Pokud při procházení webů narazíte na nějaké komplikace týkající se zobrazovaného obsahu, vyplatí se tento typ paměti vymazat, respektive pročistit. To provedete ručně nebo si nastavíte automatické promazávání cache při ukončení webového prohlížeče.