La mémoire cache d'un ordinateur

Présentation et rôle de la mémoire cache

La mémoire cache ou mémoire tampon est un espace mémoire rapide servant à stocker temporairement des informations ou des instructions. Sur un ordinateur, la mémoire cache est surtout associée au processeur du fait qu'elle lui permet de stocker ses instructions et ses données, en attendant de les traiter. Cette architecture procure un gain considérable au niveau de la vitesse de traitement des informations puisque le processeur accède plus rapidement aux données. À titre d'exemple, la mémoire cache possède une vitesse d'exécution d'environ 10 fois plus rapide que la mémoire Ram. Par ailleurs, un processeur peut être accompagné de plusieurs mémoires caches pour une exploitation optimale de sa puissance. Cependant, les mémoires caches se caractérisent par une taille réduite, de l'ordre d'une centaine de kilo-octets à quelques mégaoctets. Cela s'explique par la limitation technologique de l'élaboration de la mémoire cache mais aussi à cause de son coût. Outre les processeurs, la mémoire cache est également utilisée par certains périphériques de l'ordinateur, pour ne citer que les disques Scsi.

Le principe de fonctionnement de la mémoire cache

La mémoire cache sert pour le stockage temporaire des informations utilisées par le processeur. Pour ce faire, le cache fournit l'information demandée par le processeur si elle la possède, sinon, il récupère l'information depuis la mémoire principale et la stocke pour une utilisation antérieure. Concrètement, ce sont les adresses mémoires qui sont enregistrées dans la mémoire cache. Lorsque le processeur veut écrire une donnée dans la mémoire principale, il vérifie si l'adresse de la mémoire est disponible dans la mémoire cache. Si tel est le cas, le processeur peut écrire la donnée, sinon, une nouvelle entrée est créée dans la mémoire cache à partir d'une copie de l'adresse depuis la mémoire principale. Du fait de sa capacité de stockage réduite, le cache effectue une sélection des données qui seront les plus susceptibles d'être réutilisées par le processeur avant de créer une nouvelle entrée. Pour ce faire, le cache compte le nombre d'utilisation d'une entrée par le processeur et il ne garde uniquement celles qui sont les plus utilisées selon le système LFU ou Least Frequently Used. Une autre technologie consiste à considérer les entrées les plus anciennes, c'est le système LRU ou Least Recently Used.

Les types de mémoires cache

Les ordinateurs contemporains utilisent 3 types de mémoire cache, notamment les mémoires caches L1, L2 et L3. Le cache L1 ou cache primaire est le plus rapide parmi les 3 catégories précédentes. En effet, ce type de mémoire cache est directement localisé dans le processeur. Par ailleurs, le cache L1 renferme à la fois des données et des instructions destinées au processeur ; pour gérer cette différence de contenu, les processeurs exploitent deux technologies, notamment l'unification du cache (unified cache) ou sa subdivision en deux entités distinctes dont l'une pour les données et l'autre pour les instructions. Le cache L2 ou cache secondaire est également interne au processeur. Son rôle est de soutenir le cache L1 en stockant les informations qui ne peuvent y être emmagasinées. En effet, la cache L2 possède une taille plus importante que la cache L1, de l'ordre de 8Mo, bien qu'il soit moins rapide. Enfin, la cache L3 est une mémoire externe au processeur et on la retrouve surtout sur les processeurs haut de gamme ou encore ceux qui équipent les serveurs. Généralement, la gestion de cette mémoire est assurée par un circuit annexe au processeur.

La mémoire cache des navigateurs Internet

Les navigateurs Internet utilisent également un système basé sur celui des mémoires caches. Lors d'une session sur Internet, les préférences de l'utilisateur ainsi que les données des sites qu'il visite sont enregistrées dans la mémoire cache. De ce fait, le navigateur Internet pourra charger plus rapidement une page web puisqu'il puisera certaines informations d'une page récemment visitée à partir de la mémoire tampon. La mémoire cache utilisée sur un système d'exploitation est soutirée de l'espace sur les disques durs ou la mémoire vive. La taille mémoire allouée peut alors être ajustée en fonction des besoins de l'utilisateur, en sachant que plus la taille mémoire sera grande et plus il sera possible de stocker des informations depuis un nombre élevé de pages web.