Chace Memory : Cara Kerja, Fungsi, Tipe dan Struktur

Cache Memory adalah memori yang berukuran kecil yang bersifat temporary (sementara). Ukuran file sangat kecil, tetapi kecepatannya sangat tinggi. Dalam terminologi hadware, istilah ini biasanya mengacu pada memori berkecepatan tinggi yang menghubungkan aliran data antara prosesor dan memori utama (RAM) yang biasanya lebih lambat.

Penggunaan cache harus meminimalkan hambatan dalam aliran data antara prosesor dan RAM. Dalam terminologi perangkat lunak, istilah ini merujuk pada area penyimpanan sementara untuk banyak file yang sering diakses (biasanya digunakan pada jaringan). Cache umumnya dibagi menjadi beberapa jenis, seperti: B. L1 cache, L2 cache dan L3 cache.

Cache berasal dari kata cash. Dari istilah tersebut cache adalah tempat untuk menyembunyikan atau arsip sementara. Menurut definisi cache memori adalah lokasi sementara untuk data. Metode yang dimaksudkan adalah untuk meningkatkan transfer data dengan menyimpan data yang sedang diakses. Jadi jika ada data yang ingin Anda akses itu adalah data yang sama dan aksesnya lebih cepat.

Cache memory adalah memori tipe-SDRAM yang memiliki kapasitasnya terbatas tetapi kecepatannya sangat tinggi dan dengan harga yang lebih mahal daripada memori utama. Cache memori ini terletak antara registri dan RAM (memori utama) sehingga pemrosesan data tidak merujuk langsung ke memori utama.

Cara Kerja Cache Memory

Ketika prosesor mengeksekusi perintah eksekusi untuk pertama kalinya, prosesor menemukan dan mengumpulkan informasi dari cache L1. Proses ini biasa disebut sebagai hit. Jika informasi yang diperlukan oleh prosesor tidak tersedia di cache L1, prosesor segera mencari di cache L2. Mencari informasi dalam cache L2 biasanya membutuhkan waktu lebih lama daripada mencari informasi dalam cache L1.

Cache level 1 (L1) adalah bank memori yang terintegrasi dalam chip CPU. Inventaris dua tingkat (L2) adalah area pementasan sekunder yang melayani cache L1. Meningkatkan ukuran cache L2 dapat mempercepat beberapa aplikasi, tetapi tidak berpengaruh pada yang lain. 

Cache ini bisa berada di chip terpisah dalam modul paket multichip atau bisa juga berupa bank chip terpisah di motherboard. Memori cache L2 dapat diintegrasikan ke dalam chip CPU.

L2 cache terdiri dari dua komponen utama yang menjadi penyimpanan data dan ram. 

Penyimpanan data adalah area di mana ketepatan waktu informasi atau data dipertahankan. RAM adalah area kecil memori yang digunakan oleh cache untuk mengelola penempatan data dalam cache. Ukuran memori utama yang dikendalikan oleh RAM dapat di-cache. Cache L2 dari model PC terbaru biasanya diatur oleh chipset di bagian “Norton”.

Kecepatan cache memory

Transfer data dari cache L1 ke prosesor lebih cepat daripada dari cache L2 ke cache L3. Kecepatannya mendekati kecepatan protokol. Cache L1 ini sudah di kunci di prosesor pada kecepatan yang sama. Cache L1 secara fisik tidak terlihat oleh mata telanjang.

Cache L1 adalah lokasi pertama yang diakses prosesor saat mencari sumber data. Kapasitas penyimpanan data terkecil, tergantung pada jenis prosesor, antara puluhan ribu dan ribuan byte. Untuk beberapa jenis prosesor Pentium, kapasitasnya adalah 16 KB yang dibagi menjadi dua bagian yaitu H. 8 KB untuk menyimpan instruksi dan 8 KB untuk menyimpan data.

Transfer data tercepat kedua setelah cache L1 adalah cache L2. Prosesor dapat mengembalikan data dari cache L2 built-in (on-chip) lebih cepat daripada dari cache L2 non-built. Kapasitas penyimpanan data lebih besar dari L1 cache, ada 128 KB, 256 KB, 512 KB, 1 MB, 2 MB dan bahkan 8 MB antara ratusan ribu byte dan jutaan byte, tergantung pada jenis prosesor. Kapasitas penyimpanan data untuk cache L3 bahkan lebih besar dan bisa ratusan juta byte.

Fungsi dan Tujuan Cache Memory

Cache memory digunakan untuk mempercepat akses data di komputer karena cache memory menyimpan data atau informasi yang telah diakses oleh buffer dan membuat pekerjaan prosesor lebih mudah. Dari sini dapat disimpulkan bahwa fungsi memori cache adalah sebagai berikut:

1. Mempercepat akses ke data di komputer
2. Memfasilitasi kerja prosesor
3. Menjembatani perbedaan kecepatan antara CPU dan memori utama
4. Mempercepat kinerja penyimpanan.

Tipe-tipe Cache Memory

1. Memory Cache

Memory cache sering disebut sebagai cache RAM. Ini adalah bagian dari memori yang dibuat dengan RAM statis kecepatan tinggi. Jenis cache ini lebih efektif karena hampir semua program dapat berulang kali mengakses data atau perintah yang sama. Ini berarti bahwa semakin banyak informasi yang disimpan dalam, semakin sering komputer menggunakan cache ini daripada menggunakan RAM yang relatif lebih lambat.

Cache memori memiliki tiga level. Anda pasti akan menemukan label L1 cache, L2 cache atau L3 cache dalam kemasan perangkat komputer Anda atau dalam informasi teknis. L1 adalah nama untuk cache internal, itu berada di area antara CPU dan RAM. Cache ini memiliki kecepatan akses maksimum. Ukuran memori berkisar dari 8 KB, 64 KB dan 128 KB.

Sedangkan L2 adalah cache eksternal dengan kapasitas lebih besar dari 256 KB hingga 2 MB. Dalam hal kecepatan L2 sebenarnya lebih lambat dari L1. Terakhir, cache L3 biasanya digunakan dalam model komputer baru yang memiliki lebih dari satu prosesor, misalnya Dual Core atau Quad Core. L3 bertindak sebagai pengontrol data yang diakses oleh cache L2 dan oleh masing-masing inti prosesor.

2. Disk Cache

Disk cache tidak berbeda secara signifikan dari cache memori dan didasarkan pada prinsip yang sama. Alih-alih menggunakan data SRAM kecepatan tinggi, Disk cache sebenarnya menggunakan memori konvensional atau yang disebut RAM dinamis yang relatif lebih lambat.

Cara Kerjanya Saat Anda menjalankan aplikasi yang meminta data dari hard drive, aplikasi pertama-tama akan memeriksa apakah data tersedia di buffer memori. Cache disk dapat secara signifikan mempengaruhi kecepatan aplikasi karena mekanisme ini jauh lebih cepat daripada mengembalikan data dari komponen disk.

Level Cache Memory

Ada tiga level cache memori, yaitu L1, L2 dan L3. Cache memori level 1 (L1) adalah cache memori (cache internal) yang terletak di prosesor. Cache memory ini memiliki kecepatan akses tercepat dan harganya paling mahal. Ukuran memori berkisar dari 8 KB, 64 KB dan 128 KB. Cache Level 2 (L2) memiliki kapasitas lebih besar dari 256 KB hingga 2 MB.

Namun, cache L2 ini lebih lambat dari cache L1. Cache L2 terpisah dari prosesor atau disebut sebagai cache eksternal. Sedangkan cache level 3 hanya milik prosesor yang memiliki lebih dari satu unit, misalnya dual-core dan quad-core. Fungsinya untuk mengecek data dari L2 cache masing-masing inti prosesor.

Jika prosesor membutuhkan data, pertama-tama prosesor akan mencarinya dalam cache. Ketika data sudah didapat, prosesor segera membacanya dengan penundaan yang sangat sedikit. Jika data yang dicari tidak ditemukan, prosesor akan mencari dalam RAM yang kecepatannya lebih lambat.
 

Secara umum, cache dapat memberikan data yang diperlukan ke prosesor untuk mengurangi efek operasi RAM yang lambat. Dengan cara ini, bandwidth memori ditingkatkan dan kerja prosesor menjadi lebih efisien. Selain itu, peningkatan kapasitas memori cache juga meningkatkan kecepatan operasi keseluruhan komputer.

Dua jenis cache yang banyak digunakan di dunia komputer adalah memory caching dan disk caching. Implementasi dapat menjadi bagian khusus dari memori utama komputer atau media penyimpanan data berkecepatan tinggi khusus.

Implementasi caching sering disebut sebagai cache memori dan terdiri dari memori komputer tipe SDRAM kecepatan yang tinggi. Sedangkan implementasi caching disk menggunakan bagian dari memori komputer.

Stuktur Sistem Cache Memori

Memori utama terdiri dari maksimal 2n beralamat word, dengan setiap kata memiliki alamat n-bit yang unik. Untuk keperluan pemetaan, memori ini dapat terdiri dari sejumlah blok yang memiliki panjang kata K untuk setiap blok. Oleh karena itu ada blok M = 2n / K. Cache terdiri dari baris C, masing-masing berisi kata K, dan jumlah baris jauh lebih sedikit daripada jumlah blok memori utama (C).

Letak Cache Memory di komputer

1. Cache internal prosesor (on chip) sehingga tidak diperlukan bus eksternal. Karena waktu akses sangat singkat, seperti halnya dengan prosesor mahal seperti P4, P3, AMD-ATHLON dll. Semakin tinggi kapasitas L1, L2 cache, semakin mahal prosesornya.
2. Cache eksternal prosesor (off chip) pada motherboard dan sangat cepat, jika tidak secepat jenis cache memori pertama. Semakin tinggi kapasitas, semakin mahal dan lebih cepat. Jenis memori ini dapat dilihat pada motherboard dengan kapasitas berbeda yaitu 256 kB, 512 kB, 1 MB, 2 MB dll.