وظيفة الذاكرة المخبئة Cache Memory .. وأنواعها  

ما هي الذاكرة المخبئة Cache Memory

ذاكرة التخزين المخبئة هي ذاكرة خادم مؤقتة عالية الأداء للخوادم توفر وصولاً أسرع وأكثر كفاءة إلى البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر من ذاكرة الوصول العشوائي للخادم، وتعد ذاكرة التخزين المخبئة مكونًا مهمًا لأي خادم، ومن المهم فهم كيفية عملها من أجل دعم نظامك بشكل أفضل، ويوضح ذلك



الفرق بين الكاش ميموري والرام

،


حيث تعد ذاكرة التخزين المخبئة للخادم بشكل أساسي إصدارًا أسرع وأصغر من ذاكرة الوصول العشوائي مما يساهم في الأداء العام لوحدة المعالجة المركزية الخاصة بك، وهي صغيرة الحجم وبالقرب من وحدة المعالجة المركزية ولديها القدرة على مواكبة سرعة وحدة المعالجة المركزية، ومن خلال إبقاء وحدة المعالجة المركزية مشغولة لتجنب الحوسبة الضائعة.

وظيفة


الذاكرة المخبئة Cache Memory

تعمل الذاكرة المخبئة على زيادة كفاءة وحدة المعالجة المركزية وتساعد على منع الاختناق في نظامك، وتقوم ذاكرة التخزين المخبئة بتخزين المعلومات والبيانات والبرامج التي تستخدمها وحدة المعالجة المركزية بشكل مؤقت، وعندما تكون البيانات مطلوبة، ستتحول وحدة المعالجة المركزية تلقائيًا إلى ذاكرة التخزين المؤقت بحثًا عن وصول أسرع للبيانات.

وهذا لأن ذاكرة الوصول العشوائي للخادم أبطأ وبعيدًا عن وحدة المعالجة المركزية، زعندما يتم العثور على البيانات في ذاكرة التخزين المخبئة، يُطلق على ذلك اسم تسجيل الدخول إلى ذاكرة التخزين المؤقت، تمكن نتيجة ذاكرة التخزين المؤقت المعالج من استرداد البيانات بسرعة، مما يجعل نظامك العام أكثر كفاءة، نظرًا لأن ذاكرة التخزين المخبئة أصغر بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي للخادم، فإن البيانات التي تخزنها مؤقتة فقط، وبالتالي قد لا تحتوي على المعلومات التي يحتاجها المعالج، وعندما لا تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت على البيانات المطلوبة للمعالج، فإن هذا يسمى فقدان ذاكرة التخزين المؤقتش، وفي هذه الحالة ستنتقل وحدة المعالجة المركزية إلى محرك الأقراص الثابتة وتستخدم ذاكرة الوصول العشوائي.

وتخزن الذاكرة المخبئة البرنامج (أو جزء منه) الجاري تنفيذه حاليًا أو الذي يمكن تنفيذه في غضون فترة زمنية قصيرة، وتقوم ذاكرة التخزين المخبئة أيضًا بتخزين البيانات المؤقتة التي قد تتطلبها وحدة المعالجة المركزية بشكل متكرر للمعالجة، تعمل ذاكرة التخزين المخبئة وفقًا لخوارزميات مختلفة، والتي تحدد المعلومات التي يجب تخزينها، تعمل هذه الخوارزميات على

تحديد

احتمالية تحديد البيانات التي ستكون في أمس الحاجة إليها، يعمل كمخزن مؤقت عالي السرعة بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة الرئيسية ويستخدم لتخزين مؤقت للبيانات النشطة جدًا والعمل أثناء المعالجة نظرًا لأن ذاكرة التخزين المخبئة أسرع من الذاكرة الرئيسية، يتم زيادة سرعة المعالجة عن طريق عمل البيانات والتعليمات اللازمة في المعالجة الحالية المتوفر في ذاكرة التخزين المؤقت، وذاكرة التخزين المؤقت تكون باهظة الثمن وبالتالي فهي محدودة السعة.[1]

أنواع الذاكرة المخبئة Cache Memory

تعمل ذاكرة التخزين المخبئة على تحسين سرعة وحدة المعالجة المركزية، ولكنها باهظة الثمن، وينقسم نوع ذاكرة التخزين المخبئة إلى مستويات مختلفة هي:

• 
  المستوى 1 (L1) ذاكرة التخزين المخبئة الأولية
  

L1 هي ذاكرة التخزين المؤقت من النوع الأساسي، حجم ذاكرة التخزين المؤقت L1 صغير جدًا مقارنة بالآخرين الذي يتراوح بين 2 كيلو بايت و 64 كيلو بايت، ويعتمد على معالج

الكمبيوتر

، إنه سجل مضمن في المعالج الدقيق للكمبيوتر (CPU)، الإرشادات المطلوبة بواسطة وحدة المعالجة المركزية التي يتم البحث عنها أولاً في L1 Cache، مثال على السجلات هو المجمع، سجل العنوان، عداد البرنامج.

• 
  المستوى 2 (L2) ذاكرة تخزين مخبأ ثانوية
  

L2 هي ذاكرة تخزين مؤقت من النوع الثانوي، حجم ذاكرة التخزين المؤقت L2 أكثر اتساعًا من L1 الذي يتراوح بين 256 كيلو بايت إلى 512 كيلو بايت، وتقع ذاكرة التخزين المؤقت L2 على معالج دقيق للكمبيوتر، ناقل النظام عالي السرعة يربط ذاكرة التخزين المؤقت بالمعالج الدقيق.

• 
  المستوى 3 (L3) مخبأ الذاكرة الرئيسية
  

ذاكرة التخزين المخبأ L3 أكبر حجمًا ولكنها أيضًا أبطأ في السرعة من L1 و L2، ويتراوح حجمها بين 1 ميجابايت إلى 8 ميجابايت، وفي المعالجات متعددة النواة، قد يكون لكل نواة L1 و L2 منفصلين، لكن جميع النوى تشترك في ذاكرة تخزين مؤقت L3 مشتركة، L3 مخبأ سرعة مضاعفة من ذاكرة الوصول العشوائي.

أهمية الذاكرة المخبئة Cache Memory

• 
  تقع ذاكرة التخزين المخبئة في المسار بين المعالج والذاكرة، وبالتالي، فإن ذاكرة التخزين المؤقت لديها وقت وصول أقل من الذاكرة وأسرع من الذاكرة الرئيسية، وتتمتع ذاكرة التخزين المخبئة بوقت وصول يصل إلى 100 نانوثانية، بينما قد يكون للذاكرة الرئيسية وقت وصول يبلغ 700 نانو ثانية.
  
• 
  ذاكرة التخزين المخبئة باهظة الثمن وبالتالي فهي محدودة السعة، كانت ذاكرة التخزين المخبئة السابقة متاحة بشكل منفصل ولكن المعالجات الدقيقة تحتوي على ذاكرة التخزين المؤقت على الشريحة نفسها.
  
• 
  ترجع الحاجة إلى ذاكرة التخزين المخبئة إلى عدم التوافق بين سرعات الذاكرة الرئيسية ووحدة المعالجة المركزية،
  
  ساعة
  
  وحدة المعالجة المركزية سريعة جدًا، في حين أن وقت الوصول إلى الذاكرة الرئيسية أبطأ نسبيًا، ومن ثم، بغض
  
  النظر
  
  عن مدى سرعة المعالج، تعتمد سرعة المعالجة بشكل أكبر على سرعة الذاكرة الرئيسية، ولهذا السبب تم تقديم ذاكرة تخزين مؤقت لها وقت وصول أقرب إلى سرعة المعالج.[2]
  

كيف يمكن ترقية الذاكرة المخبئة Cache Memory

لا يمكن ترقية ذاكرة التخزين المخبئة الخاصة بك دون ترقية وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك، وهناك نوعان من العلامات التجارية الرئيسية لوحدات المعالجة المركزية –

AMD

و Intel – وكلاهما يقدم مزايا مختلفة ولا يمكن مقارنته بشكل مباشر مع بعضهما البعض، ويرجع الاختيار في هذا إلى التفضيل إلى حد كبير ويشبه خيار Apple مقابل Android بين مستخدمي الهاتف المحمول، ومع ذلك، فإن إحدى نقاط البيع الواضحة هي أن AMD تميل إلى أن تكون أرخص، بينما توفر وحدات المعالجة المركزية Intel أداء

رسومات

رائعًا.

الذاكرة المخبئة Cache Memory لسطح المكتب والكمبيوتر المحمول

تعمل ذاكرة التخزين المخبئة داخل أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة بنفس الطريقة تقريبًا، إلا أن وحدة المعالجة المركزية نفسها تختلف عن معالج الخادم، يتمثل أحد الاختلافات الرئيسية في أن وحدات المعالجة المركزية (CPU) للخوادم أكثر تكلفة، وهذا ليس مفاجئًا نظرًا لأنه يتعين عليها أداء 100٪ في جميع الأوقات لأعباء عمل أكبر، تحتوي وحدات المعالجة المركزية للخادم أيضًا على المزيد من المكونات، مثل وحدات المعالجة المركزية المتعددة وفتحات DIMM، لمعالجة المزيد من التطبيقات كثيفة البيانات.

وتكون أحد الاختلافات الرئيسية بين وحدات المعالجة المركزية لسطح المكتب والكمبيوتر المحمول هو أنه لا يمكن إزالة معظم وحدات المعالجة المركزية للكمبيوتر المحمول،  فهي متصلة باللوحة الأم، ومع ذلك، إذا كان أداءك يتباطأ، فلا يزال بإمكانك فعل شيء حيال ذلك، إذا كنت بحاجة إلى تعزيز الأداء، فتوجه إلى خدمة ترقية الكمبيوتر المحمول وسطح المكتب، يوفر هذا نفس الأداء الجديد بسعر أقل بكثير من استبدال أجهزتك.[1]