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Cache del PC e web cache, cosa sono e come funzionano

CPU Web & Digital #cpu #processore Come scegliere e installare una nuova CPU Il processore è una delle componenti più importanti in un computer: ecco come scegliere il modello più adatto al proprio PC
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Cache del PC e web cache, cosa sono e come funzionano FASTWEB S.p.A.
Sulla sinistra chip di memoria cache
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Utilizzata per abbreviare i tempi di accesso alla memoria, si divide in varie tipologie operative

In ambito informatico, quando si parla di memoria chache (dal francese caché, “nascondere” in italiano) ci si riferisce a un dispositivo hardware ideato per velocizzare le operazioni di accesso alla memoria (sia in lettura sia in scrittura) da parte del processore. La cache, infatti, è un componente hardware che, affiancato alla memoria principale del sistema (ovvero il disco rigido), serve a immagazzinare dati utili a eseguire con maggior velocità le future richieste di accesso alla memoria effettuate dal processore. All'interno della memoria cache possono essere conservati dati e valori appena “trattati” dal processore o duplicati di dati conservati su altri supporti di memoria presenti nella macchina (come, per l'appunto, il disco rigido) e che, per un motivo o per l'altro, potranno essere richieste a breve dall'unità centrale di calcolo.

Come funziona la memoria cache

Le varie componenti hardware di un computer implementano la cache come fosse un blocco di memoria utilizzato, come detto, per immagazzinare temporaneamente piccole quantità di dati. Processori e hard disk, così come web browser e web server, fanno ricorso a questo meccanismo con grande frequenza.

Dal punto di vista logico, invece, la cache è costituita da un pool di “entrate” nelle quali archiviare il datum (i pacchetti dati) e un tag identificativo che specifichi la corrispondenza tra il datum e i pacchetti dati “originali” conservati sulla memoria principale del sistema. Quando un client cache (che può essere il processore, il disco rigido o il browser web) ha necessità di accedere a dei dati, effettua prima di tutto una scansione della cache. Nel caso in cui nella memoria “di appoggio” sia presente il tag dei dati cercati, questi saranno utilizzati nell'esecuzione dell'operazione in corso (cache hit).

 

Funzionamento della cache

 

Se, ad esempio, un web browser fosse alla ricerca di una copia di una pagina web in fase di caricamento, effettuerebbe una scansione della cache a lui destinata (la cache web) utilizzando la URL della pagina come tag identificativo. Se dovesse esserci una corrispondenza di tag, il browser eviterebbe di scaricare i dati dal web e utilizzerebbe quelli presenti nella sua memoria di cache, così da accorciare i tempi di caricamento della pagina. In caso contrario (cache miss), il client cache dovrà estendere la richiesta alla memoria primaria (rallentando i tempi di esecuzione dell'operazione), copiando successivamente il datum in una entrata della memoria cache.

Durante un cache miss, il processore dovrà svuotare la cache (in modo parziale, mentre in alcuni casi l'utente potrà decidere di svuotare la cache in maniera completa) per fare spazio al nuovo datum in ingresso. Questa operazione potrà essere compiuta seguendo diverse policy operartive di sostituzione: tra le più utilizzate troviamo la Least recently used (“utilizzato meno di recente” in italiano), che elimina il datum utilizzato meno di recente.

Tipologie di cache

  • CPU cache. Installata direttamente sul processore, questa piccolissima porzione di memoria è utilizzata per conservare i dati utilizzati più di frequente nell'eseguire determinate operazioni. In questo modo la CPU non dovrà effettuare l'accesso alla RAM, accelerando ulteriormente i tempi di esecuzione delle istruzioni

 

Schema di funzionamento della CPU cache

 

  • Page cache. Si tratta di una porzione della RAM utilizzata dal sistema operativo dove copiare dal disco rigido i dati correntemente in uso. Dal momento che lo spazio è limitato, il sistema operativo tenterà di mantenere il più a lungo possibile una pagina in memoria: solo in caso di necessità si deciderà di svuotare la cache per fare spazio a nuovi datum

  • Disk cache. Un disco rigido, a volte, può essere dotato di una piccola porzione di memoria veloce (della stessa tipologia della memoria RAM) dove caricare porzioni di dati logicamente attigue a quelle appena richieste. Nella maggior parte dei casi, infatti, se un processore accede al dato A, nel breve periodo eseguirà l'accesso ai dati A1, A2, A3 e così via, tutti logicamente correlati al primo dato. In questo modo si anticipano le mosse (e le richieste) del processore e si accorceranno i tempi di esecuzione delle istruzioni in arrivo dal sistema operativo

  • Web cache. Una porzione dell'hard disk di un server o di un normale computer può essere dedicata alla memorizzazione delle pagine web caricate nel corso della navigazione web. In questi casi, il sistema locale (ad esempio il browser) non dovrà più effettuare l'accesso ai sistemi remoti (come i server), bypassando il collo di bottiglia (ovvero il restringimento che si crea quando due sistemi viaggiano a due velocità differenti) che si viene a creare a causa dell'ampiezza di banda

  • Google cache. Detta anche cache dei motori di ricerca, è costituita da copie di pagine web salvate nei server di un search engine. Ciò ha una doppia valenza: da un lato il motore può velocizzare le operazioni di ricerca facendo riferimento alla copia anziché dover effettuare ogni volta l'accesso alla pagina originale; dall'altro offre una copia della pagina utilizzabile dagli utenti nel caso in cui l'originale non sia raggiungibile per qualche motivo

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TAGS: #cache #ram #cpu #disco rigido

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