وظيفة الذاكرة المخبئة Cache Memory .. وأنواعها

ما هي الذاكرة المخبئة Cache Memory

ذاكرة التخزين المخبأة هي ذاكرة خادم مؤقتة عالية الأداء، توفر وصولا أسرع وأكثر كفاءة للبيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر من ذاكرة الوصول العشوائي للخادم. إنها مكون مهم لأي خادم، ومن الأهم فهم كيفية عملها لدعم نظامك بشكل أفضل. توضح الفرق بين ذاكرة التخزين المخبأة والذاكرة العشوائية، حيث تعتبر ذاكرة التخزين المخبأة إصدارا أسرع وأصغر من الذاكرة العشوائية مما يساهم في الأداء العام لوحدة المعالجة المركزية الخاصة بك. إنها صغيرة الحجم وتقع بالقرب من وحدة المعالجة المركزية ولديها القدرة على مواكبة سرعة وحدة المعالجة المركزية، وذلك بإبقاء وحدة المعالجة المركزية مشغولة لتجنب الحوسبة الضائعة

وظيفة الذاكرة المخبئة Cache Memory

يساهم استخدام الذاكرة المخفية في تعزيز كفاءة وحدة المعالجة المركزية ومنع الازدحام في النظام، حيث تقوم الذاكرة المخفية بتخزين المعلومات والبيانات والبرامج المستخدمة مؤقتا من قبل وحدة المعالجة المركزية. وعندما يتطلب الأمر، تقوم وحدة المعالجة المركزية تلقائيا بالوصول إلى الذاكرة المخفية لتحقيق سرعة أعلى في الوصول إلى البيانات.

وذلك بسبب بطء ذاكرة الوصول العشوائي للخادم وبعدها عن وحدة المعالجة المركزية، عندما يتم العثور على البيانات في ذاكرة التخزين المخبئة، يطلق عليها اسم تسجيل الدخول إلى ذاكرة التخزين المؤقت، وبفضل ذاكرة التخزين المؤقت، يمكن للمعالج استرداد البيانات بسرعة، مما يزيد من كفاءة النظام العام، نظرا لأن ذاكرة التخزين المخبئة أصغر بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي للخادم، وبالتالي، البيانات المخزنة فيها مؤقتة فقط، وقد لا تحتوي على المعلومات المطلوبة من المعالج، وعندما لا تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت على البيانات المطلوبة للمعالج، يعتبر ذلك فقدانا لذاكرة التخزين المؤقت، وفي هذه الحالة، ينتقل الوحدة المركزية إلى محرك الأقراص الثابتة وتستخدم ذاكرة الوصول العشوائي.

تخزن ذاكرة التخزين المخبئية البرنامج الذي يتم تنفيذه حاليا أو البرنامج الذي يمكن تنفيذه في غضون فترة زمنية قصيرة، وتخزن أيضا البيانات المؤقتة التي قد تحتاجها وحدة المعالجة المركزية بشكل متكرر للمعالجة. تعمل ذاكرة التخزين المخبئة وفقا لخوارزميات مختلفة، والتي تحدد المعلومات التي يجب تخزينها، وتحدد احتمالية تحديد البيانات التي ستكون في أمس الحاجة إليها. يتم استخدام ذاكرة التخزين المخبئة كمخزن مؤقت عالي السرعة بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة الرئيسية، وتستخدم لتخزين البيانات النشطة جدا والعمل أثناء المعالجة، وذاكرة التخزين المخبئة أسرع من الذاكرة الرئيسية، مما يؤدي إلى زيادة سرعة المعالجة. ومع ذلك، فإن ذاكرة التخزين المخبئة باهظة الثمن ومحدودة السعة

أنواع الذاكرة المخبئة Cache Memory

تستخدم ذاكرة التخزين المخبئة لتحسين سرعة وحدة المعالجة المركزية، ولكنها تكلفة باهظة، وتنقسم ذاكرة التخزين المخبئة إلى مستويات مختلفة

• يُشير المستوى الأول (L1) إلى الذاكرة المخبئة الأولية

يعتبر L1 ذاكرة تخزين مؤقت أساسية صغيرة الحجم بالمقارنة مع الأخرى التي تتراوح بين 2 و 64 كيلو بايت ويتم تضمينها في معالج الكمبيوتر (CPU)، حيث يتم البحث عن الإرشادات اللازمة لوحدة المعالجة المركزية في الـ L1 Cache أولا، وتشمل سجلات مثل المجمع، سجل العنوان، وعداد البرنامج

• المستوى 2 (L2) هو ذاكرة تخزين مؤقت ثانوية

L2 هو نوع ثانوي من الذاكرة التخزين المؤقت، حيث يكون حجم ذاكرة التخزين المؤقت L2 أكبر من L1 ويتراوح بين 256 كيلو بايت إلى 512 كيلو بايت، وتقع ذاكرة التخزين المؤقت L2 على المعالج الدقيق للكمبيوتر، ويتصل بالمعالج الدقيق من خلال ناقل النظام عالي السرعة.

• 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.
• نظرًا لأن ذاكرة التخزين المؤقتة باهظة الثمن ولها سعة محدودة، فإن ذاكرة التخزين المؤقتة السابقة كانت متاحة بشكل منفصل، ولكن المعالجات الدقيقة تحتوي على ذاكرة تخزين مؤقت على نفس الشريحة.
• يعود سبب الحاجة إلى ذاكرة التخزين المؤقت إلى عدم توافق سرعة الذاكرة الرئيسية مع سرعة وحدة المعالجة المركزية، حيث إن سرعة وحدة المعالجة المركزية سريعة جدا، في حين أن وقت الوصول إلى الذاكرة الرئيسية يكون أبطأ نسبيا، وبالتالي، بغض النظر عن سرعة المعالج، تتوقف سرعة المعالجة بشكل كبير على سرعة الذاكرة الرئيسية، ولذلك تم تقديم ذاكرة تخزين مؤقت بسرعة وصول أقرب إلى سرعة المعالجة

كيف يمكن ترقية الذاكرة المخبئة Cache Memory

لا يمكنك ترقية ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة بك دون ترقية وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك، وهناك نوعان رئيسيان من وحدات المعالجة المركزية المعروفة – AMD و Intel – وكلاهما يقدم مزايا مختلفة ولا يمكن مقارنتهما مباشرة. يعتمد الاختيار في هذا الأمر بشكل كبير على التفضيلات الشخصية، وهو يشبه اختيار Apple مقابل Android بين مستخدمي الهواتف المحمولة. ومع ذلك، يعتبر أحد نقاط البيع الواضحة هو أن AMD عادة ما تكون أرخص من Intel، في حين توفر وحدات المعالجة المركزية من Intel أداء رسوميا رائعا

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.