ระบบคอมพิวเตอร์

แคช (cache)

แคช หรือ cache เป็นหน่วยความจำชนิดหนึ่งที่ใช้สำหรับพักข้อมูล ที่ใช้ในการประมวลผลหรือข้อมูลที่ได้จากการประมวลผลในเวลาสั้น เพื่อเพิ่มความเร็วในการส่งข้อมูลมากขึ้น นั่นคือ หน่วยประมวลผลหรือ CPU สามารถพักข้อมูลต่างๆไว้ที่หน่วยความจำแคชก่อน ซึ่งเป็นหน่วยความจำที่มีความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลสูงสุด ข้อมูลที่มีอยู่ในแคชจะเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาเนื่องจากการทำงานของหน่วยประมวลผลนั่นเอง
ตัวอย่างการใช้ แคชอื่นๆ ได้แก่ แคชที่มีอยู่ในโปรแกรม เบราเซอร์ แคชจะเป็นหน่วยความจำที่เก็บเว็บเพจที่เป็นที่นิยม เมื่อมีการเรียกเว็บเพจนั้นเบราเซอร์ก็จะโหลดจากแคชก่อน ซึ่งทำให้เบราเซอร์แสดงผลได้อย่างรวดเร็วกว่าดึงจากอินเตอร์เน็ตโดยตรงมาก แต่อาจมีข้อเสียตรงที่เว็บเพจอาจมีการปรับปรุงเปลี่ยนเพื่อให้ทันสมัย แต่ข้อมูลที่เก็บอยู่ในแคชของเบราเซอร์เป็นข้อมูลที่เก่าแล้วก็จะทำให้ผลที่แสดงออกมาล้าสมัย นั่นคือ ทางแก้ก็คือ แคชจะต้องอัพเดทเว็บเพจนั้นอยู่เสมอเพื่อให้ข้อมูลที่มีอยู่เป็นข้อมูลที่ทันสมัยและตรงกับข้อมูลบนอินเตอร์เน็ตจริงๆ

แคช CPU ทำหน้าที่เป็นตัวกลางระหว่าง CPU กับหน่วยความจำหลัก ซึ่งมีความจุมากกว่าหน่วยความจำหลักมาก การทำงานคือ CPU สามารถอ่านและเขียนข้อมูลลงไปได้ และให้รันโปรแกรมได้ด้วยความเร็วสูง คำสั่งต่างๆ และข้อมูลจากหน่วยความจำหลักจะถูกโหลดเข้าแคชเป็นชุดๆ ถ้าข้อมูลที่หน่วยประมวลผลต้องการนั้นอยู่ที่แคชแล้ว ก็จะทำให้การทำงานของหน่วยความจำเร็วขึ้นมาก และมีประสิทธิภาพมากขึ้น
แคชในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลทั่วไปมีอยู่ 2ระดับคือ L1 ถูกสร้างอยู่ภายใน หน่วยประมวลผล และ L2 สร้างอยู่ที่ สภานะรองลงมามีหน้าที่คอยส่งข้อมูลไปยัง L1 การเพิ่มความเร็วคือการเพิ่มขนาดหนว่ยความจำแคชส่วนที่สามารถเพิ่มได้คือการเพิ่มขนาดของ L2 นั่นเอง ซึ่งบางชนิดอาจสร้างอยู่ภายในหน่วยประมวลผลเลยก็ได้ ส่วนใหญ่แคชจะเป็นหน่วยความจำแบบ static RAM ในขณะที่ หน่วยความจำหลักส่วนใหญ่เป็น dynamic RAM

ชนิดของ Cache Memory

Cache Memory ที่ถูกนำมาใช้บนเครื่อง PC มีหลายชนิด แต่ละชนิดมีประสิทธิภาพการทำงานไม่เท่ากัน ซึ่งสามารถแยกออกเป็น 3 ชนิด ดังต่อไปนี้

Asynchronous Cache หน่วยความจำแคชประเภทนี้ ถูกนำมาใช้งานบนเครื่องที่ใช้โปรเซสเซอร์ 486 เป็นหน่วยความจำแคช ที่มีลักษณะเป็นตัวๆ คล้ายกับ DRAM สมัยก่อน ทำงานที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกา 25-33 MHz เท่านั้น ความเร็วในการเข้าถึงเพื่ออ่านหรือเขียนข้อมูลที่ตัวของ Cache ชนิดนี้ มีตั้งแต่ 15 - 30 นาโนวินาที เป็นหน่วยความจำแคช ที่ทำงานช้าที่สุด ไม่เหมาะสำหรับเครื่อง PC ที่ใช้ Pentium เป็นโปรเซสเซอร์

Synchronous Burst Cache เป็นหน่วยความจำแคชที่ทำงานด้วยสัญญาณนาฬิกาชุดเดียวกัน รวมทั้งความเร็วเดียวกับที่ป้อนให้กับโปรเซสเซอร์หรือบัสระบบ (System Bus) ดังนั้น จึงสามารถทำงานได้เร็วเทียบเท่ากับบัสภายนอกของโปรเซสเซอร์ ซึ่งจะช่วยลดปัญหาคอขวดลงได้มาก ข้อสังเกตของหน่วยความจำแคช ชนิดนี้ สังเกตได้จากตัวอักษรที่พิมพ์บนตัวชิป จะเห็นว่ามี -14 เสมอ และมีขาสัญญาณอยู่ที่ 80-120 ขาเช่นกัน หน่วยความจำแคช นี้นอกจากจะทำงานเท่ากับระบบบัสภายนอกของโปรเซสเซอร์แล้ว ยังสามารถรับส่งข้อมูลในรูปแบบที่เรียกว่า Burst ซึ่ง Burst หมายถึงการรับส่งข้อมูล ที่มีปริมาณมากในแต่ละครั้ง เช่น ครั้งละ 256 บิต ไปจนถึง 512 บิต หรือมากกว่า

Synchronous Pipeline Burst Cache เป็นหน่วยความจำแคช ที่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน เนื่องจากมีความเร็วในการทำงานสูง สามารถทำงานแบบท่อ (pipeline) ได้ ซึ่งในที่นี้ หมายถึงขีดความสามารถที่จะรับและส่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับหน่วยความจำแคชในเวลาพร้อมๆ กันได้