หน่วยความจำแคช (Cache Memory) คืออะไร?

เราจะอธิบายความแตกต่างของหน่วยความจำแคชในแต่ละประเภทและอธิบายว่ามันแตกต่างจากแรมอย่างไร

หน่วยความจำเป็นองค์ประกอบสำคัญในการคำนวณและประกอบด้วยตัวเลขหลายประเภทเพื่อให้เครื่องของคุณทำงานได้อย่างราบรื่น บางตัวได้รับการออกแบบมาสำหรับงานระยะสั้นและบางตัวสำหรับการใช้งานในระยะยาว เช่น การจัดเก็บข้อมูล แต่ทั้งคู่นั้นมีความสำคัญเท่าเทียมกันในแง่ของซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ของคอมพิวเตอร์

ในขณะที่ฟังก์ชั่นที่ชัดเจนที่สุดของหน่วยความจำคือการจัดเก็บไฟล์และข้อมูล แต่มันยังมีหน้าที่รับผิดชอบแอพพลิเคชั่นอื่นๆอีกมากมาย เช่น การเข้ารหัสและการดึงข้อมูล สิ่งนี้จึงทำให้หน่วยความจำแคชมีความสำคัญเนื่องจากมันถูกออกแบบมาเพื่อทำให้อุปกรณ์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยทำงานกับส่วนประกอบอื่นๆได้ ถึงแม้ด้วยตัวของมันเองอาจจะไม่ได้มีประโยชน์ไปซะทั้งหมด แต่หน่วยความจำแคชก็มีบทบาทสำคัญในการคำนวณเมื่อเชื่อมต่อเข้ากับส่วนอื่นๆ

การถือครองข้อมูลที่เพิ่งเข้าถึงในหน่วยความจำแคชจะช่วยให้การดำเนินการทำงานได้เร็วขึ้นแทนที่จะใช้ซอฟต์แวร์โดยใช้ชุดคำสั่งชุดเดียวกันเพื่อให้สามารถใช้งานข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว และสิ่งนี้เองจึงทำให้หน่วยความจำแคชเป็นส่วนสำคัญของการคำนวณที่ทันสมัย

แม้มันจะมีความคล้ายกับซีพียู แต่ถ้าความจุของแคชใหญ่ขึ้นมากเท่าไหร่ มันก็ยิ่งสามารถเก็บข้อมูลและทำงานได้รวดเร็วมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าชิปที่มีความจุน้อยกว่ามักจะทำงานได้ช้ากว่าเนื่องจากมันไม่มีการจัดเก็บข้อมูลที่มากนัก

หน่วยความจำแคชอาจมีความซับซ้อนได้ เพราะไม่เพียงแต่มันจะแตกต่างจาก DRAM มาตรฐานที่คนส่วนใหญ่คุ้นเคย แต่มันยังมีหน่วยความจำแคชหลายประเภท

โดยสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทที่แตกต่างกันในระดับ L1, L2 และ L3 โดยทั่วไปแคช L1 จะอยู่ในชิปโปรเซสเซอร์และมันมีขนาดเล็กที่สุดตั้งแต่ 8KB ถึง 64KB อย่างไรก็ตามมันกลับเป็นหน่วยความจำชนิดที่เร็วที่สุดในการอ่านซีพียู ส่วนใหญ่แล้วซีพียูแบบมัลติคอร์จะมีแคช L1 แยกต่างหากสำหรับในแต่ละคอร์

แคช L2 และ L3 มีขนาดใหญ่กว่า L1 แต่ใช้เวลาในการเข้าถึงนานกว่า แคช L2 บางครั้งก็เป็นส่วนหนึ่งของซีพียู แต่มักจะเป็นชิปที่แยกต่างหากระหว่างซีพียูกับแรม

ชิปประมวลผลกราฟิกมักจะมีหน่วยความจำแคชแยกต่างหากกับซีพียู ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าจีพียูจะยังคงสามารถดำเนินการแสดงผลที่ซับซ้อนได้อย่างรวดเร็วโดยไม่จำเป็นต้องอาศัยระบบแรมที่ค่อนข้างสูง

หน่วยความจำแคชโดยทั่วไปมีแนวโน้มที่จะทำงานในการกำหนดค่าต่าง ๆ : การเชื่อมโยงแบบโดยตรง (Direct mapping) การเชื่อมโยงแบบสัมพันธ์ (Associative mapping) และการเชื่อมโยงแบบกลุ่มสัมพันธ์ (Set associative mapping)

คุณลักษณะของการเชื่อมโยงแบบโดยตรง (Direct mapping) คือมันจะกำหนดบล็อกของหน่วยความจำไปยังตำแหน่งเฉพาะภายในแคช ในขณะที่การเชื่อมโยงแบบสัมพันธ์ (Associative mapping) จะจัดให้ข้อมูลในหน่วยความจําหลักอยู่ในตําแหน่งไหนของหน่วยความจําแคชก็ได้ แทนที่จะต้องกำหนดตำแหน่งไว้ล่วงหน้า และประเภทสุดท้าย การเชื่อมโยงแบบกลุ่มสัมพันธ์ (Set associative mapping) ซึ่งเป็นวิธีเชื่อมโยงข้อมูลที่ทำหน้าที่ระหว่างแบบโดยตรงและการเชื่อมโยงแบบสัมพันธ์มารวมกันไว้ โดยทุกๆบล๊อกจะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยๆในตำแหน่งที่เล็กกว่าภายในแคช

ที่มา: https://bit.ly/2OM0UQs