Vahemälu: erinevus redaktsioonide vahel

'''Vahemälu'''<ref>Большой толковый словарь русского языка / автор, сост. и гл. ред. С. А. Кузнецов. 2000 г. РАН Институт лингвистических исследований</ref><ref>Захаренко Е. Н., Комарова Л. Н., Нечаева И. В. Новый словарь иностранных слов. М.: 2003</ref><ref>Толковый словарь по вычислительной технике. Microsoft Press, из-во «Русская Редакция», 1995</ref><ref>Русский орфографический словарь: около 180 000 слов / Российская академия наук. Институт русского языка им. В. В. Виноградова / О. Е. Иванова, В. В. Лопатин (отв. ред.), И. В. Нечаева, Л. К. Чельцова. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: 2004. — 960 с.</ref> ([[inglise keel|inglise]] ''cache''; [[prantsuse keel|prantsuse]] ''cacher'' —– peita; IPA: [kæʃ]) on komponent, mis hoiustab andmeid nende kiireks uuesti kasutamiseks. Vahemälust andmete lugemine on kiirem kui lähteandmete lugemine [[muutmälu]]st (RAM) või kõvakettalt. Vahemälu kasutamise tulemusena väheneb korduvalt kasutatavate andmete lugemseks kulunud aeg ja suureneb üldine tulemuslikkus arvutisüsteemis.

Esimest korda kasutati sõna "cache" elektroonilises kontekstis aastal [[1967]] artiklis, mis kirjutati avaldamiseks ajakirjas «[[IBM Systems Journal]]». Artikkel puudutas mälu parandamist väljatöötataval mudelil 85-seeriast [[IBM System/360]]. Ajakirja toimetaja Lyle Johnson palus välja mõelda tabavam termin kui "ülikiire puhver”, kuid ideede puudumise tõttu soovitas ta ise sõna "cache". See artikkel ilmus 1968. aasta alguses, autorid pälvisid [[IBM]] preemia, nende töö levis ja on hiljem parandatud, aga sõna "cache" hakati peagi kasutama arvutialases kirjanduses nagu üldtunnustatud terminit.

Vahemälu koosneb kirjete kogumist. Iga kirje on seotud andmeühikuga või andmete blokigaplokiga (väikese osaga andmetest), mis on andmeühiku koopia püsimälus. Igal sissekandel on tunnus-ID, mis määratleb andmeühikute vastavuse vahemälus nende koopiatega põhimälus.

Kui vahemälu maht on piiratud, siis möödalase puhul võib olla vastu võetud otsus loobuda mõnest salvestusestsalvestisest vaba ruumi tekitamiseks. Väljajäetava salvestusesalvestise valikuks kasutatakse erinevaid algoritmide väljasurumiseidväljasurumisi. Kui modifitseeritakse vahemälu andmete osasid, toimub nende ajakohastamine põhimälus. Viivitust ajas vahemälu andmete muutmise ja põhimälu uuendamise vahel kontrollib niinimetatudnn “kirjetekirjete poliitika”poliitika.

Keskprotsessori CPU vahemälu on jaotatud mitmeks tasandiks. Käesoleval ajal võib universaalses protsessoris olla kuni 3 tasandit. Vahemälu tasand N+1 on üldiselt mõõtmetelt suurem ja andmete kättesaadavuse ja andmeedastuse kiiruselt aeglasem, kui vahemälu tase N. Kõige kiirem mälu on esimese taseme vahemälu L1. Tegelikult on ta protsessori lahutamatu osa, kuna asub protsessoriga ühel ja samal kristallil ja kuulub funktsioneerivate blokkideplokkide koosseisu. Protsessorites on vahemälu L1 tavaliselt jagatud kaheks vahemäluks, käskude (juhised) vahemälu ja andmete vahemälu (Harvardi arhitektuur). Enamik protsessoreid ei saa ilma L1 vahemäluta töötada. L1 vahemälu töötab protsessori sagedusel ja üldjuhul võib pöördumine tema poole toimuda iga takti ajal. Paljudel juhtudel on võimalik läbi viia mitu loe/kirjuta toimingut samaaegselt. Juurdepääsu latentsus võrdub tavaliselt 2–4 tuuma takti. Maht on tavaliselt väike – alla 128 kB.

Kiiruselt teine on L2-vahemälu – teise taseme vahemälu. Tavaliselt asub ka see kristallil nagu L1. Vanades protsessorites on [[mikroskeem]]id [[emaplaat|emaplaadil]]. L2 maht on 128 kB kuni 1–12 MB. Tänapäevastes ''[[multi-core]]'' protsessorites teise tasandi vahemälu, asudes samal kristallil ja on eraldi kasutatav mälu, kus vahemälu maht võrdub nM MB ja iga tuuma vahemähe on nM/nC MB, kus nC võrdub protsessori tuumade arvuga. Üldiselt tuuma kristallil paikneva L2 vahemälu moodustab 8 kuni 208–20 tuuma takti.

Paljud andmete salvestuseandmesalvestuse välisseadmed kasutavad vahemälu töö kiirendamiseks, eriti kõvakettad, kasutavad vahemälu 1töö kunikiirendamiseks vahemälu 641–64 MB (NCQ/TCQ toetusega mudelid kasutavad seda päringute hoiustamiseks ja töötlemiseks), [[CD (andmekandja)|CD]]/[[DVD]]/BD-plaatide lugemisseadmed samuti puhverdavad loetavat teavet, et sama info poole teistkordne pöördumine oleks kiirem. Samuti kasutab operatsioonisüsteem osa muutmälust kettaoperatsioonide vahemäluna (sealhulgassh väliste seadmete jaoks, millel endal ei ole vahemälu, nt. kõvakettad, [[flash-mälu]], CD).

# väliste kõvaketaste mõningaid mälublokkemäluplokke kasutavad mitmed protsessid samaaegselt ja on mõttekas lugeda blokkiplokki üks kord, seejärel hoida muutmälus üks koopia blokistplokist kõikide protsesside jaoks;

# pöördumine mõningate muutmälus olevate blokkideplokkide poole esineb palju sagedamini kui teistele, seega selliste blokkideplokkide jaoks puhverdamise kasutamine üldiselt suurendab süsteemi jõudlust.

# mõned väliste kõvaketaste mälublokidmäluplokid ei nõua peale muutmist kohest salvestamist ja selliste blokkideplokkide puhul vahemälu kasutamine optimeerib sisend-väljund kasutamise.

== Puhverdamine läbi operatsioonisüsteemi kaudu ==

# muutmälu lehekülgede hulk, mis on jagatud puhvriteks, mis on pikkuselt võrdsed vastava välismälu seadme andmeblokileandmeplokiga;

# hash tabelid, mis sisaldavad blokiploki numbri vastavust nimetusele;

# [[LRU]] (''Least Recently Used'') —– väljasurutaksevälja surutakse puhver, mis on kõige kauem kasutamata;

# [[MRU]] (''Most Recently Used'') —– väljasurutaksevälja surutakse viimati kasutatud puhver;

# [[LFU]] (''Least Frequently Used'') —– väljasurutaksevälja surutakse kõige harvem kasutatud puhver;

# [[ARC]] (''Adaptive Replacement Cache'') —– väljasurumise algoritm, LRU JA LFU kombinatsioon, patenteeritud [[IBM]].

# write-through – üleskirjutamine toimub vahetult põhimällu (ja dubleeritakse vahemällu), st. üleskirjutus ei ole puhverdatud;