أي كمبيوتر يعمل مثل الكمبيوتر ، حيث يتم إدخال البيانات الأولية ومنه يلزم إخراج نتائج بعض العمليات الحسابية. تستخدم محركات الأقراص الثابتة (HDD) و / أو محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM / RAM) وذاكرة التخزين المؤقت للمعالج (ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية) لتخزين بيانات الإدخال والإخراج.
اقرأ أيضا: كيف يعمل معالج الكمبيوتر الحديث
تأثير ذاكرة التخزين المؤقت على معالجة البيانات
على الرغم من حقيقة أن ذاكرة الوصول العشوائي تنقل المعلومات من محركات الأقراص إلى المعالج ، والعكس صحيح ، بسرعة نسبيًا ، حتى ذاكرة الوصول العشوائي عالية الإنتاجية لن تكون قادرة على توفير معدل نقل البيانات بحيث لا تكون وحدة المعالجة المركزية خاملة. لتقليل الوقت الذي تنتظره وحدة المعالجة المركزية للمعلومات المطلوبة ، تمت إضافة ذاكرة فائقة السرعة أو فائقة التشغيل تسمى ذاكرة التخزين المؤقت إلى جهاز المعالج نفسه. سيتم مناقشة هيكلها والغرض منها وتأثيرها في هذه المقالة.
جهاز ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج
تتكون ذاكرة التخزين المؤقت من جزأين: وحدة تحكم وذاكرة. مع الذاكرة ، كل شيء بسيط: يخزن المعلومات الضرورية للحسابات ونتائج معالجة المعلومات. تقوم وحدة التحكم بوظيفة معالج الطلب والباحث عن البيانات المطلوبة في ذاكرة التخزين المؤقت لإجراء العمليات الحسابية أو إرسال / استقبال البيانات الصادرة والواردة من الذاكرة الرئيسية.
تنقسم ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج إلى عدة مستويات: من L1 إلى L3. تحتوي بعض الطرز على L4 ، على الرغم من أن المستوى الرابع ، الذي تم استخدامه في وحدات المعالجة المركزية مثل Core i7-5775C و Core i5-5675C ، تم التخلي عنه بسبب ارتفاع تكلفة البيع بالتجزئة.
- L1 - ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأول ، ذات حجم أدنى لا يتجاوز عدة مئات من الكيلو بايت ، وأعلى سرعة ، مما يسمح بإصدار المعلومات فور الطلب. كل نواة لها دائرة L1 الخاصة بها. المعلومات المخزنة في ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأول ضرورية أو يتم طلبها في أغلب الأحيان لحسابات المعالج.
- L2 - يمكن أن تصل ذاكرة التخزين المؤقت للمستوى الثاني ، الأكبر حجمًا إلى حد ما ، إلى بضعة ميغا بايت ، بينما لم تعد بهذه السرعة. يخزن مؤقتًا بيانات مهمة ذات أولوية أقل للحسابات. كما هو الحال مع L1 ، كل نواة لها تخطيط ذاكرة L2 منفصل خاص بها.
- L3 - ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثالث ، الأكبر من حيث الحجم ، تصل إلى عشرة ميغا أو أكثر قليلاً ، ولكنها الأبطأ. يحتوي على بيانات من غير المحتمل نسبيًا أن يتم طلبها ، بينما المستوى الثالث مشترك بين جميع النوى ، مما يحسن التفاعل بينها.
المبدأ العام لذاكرة التخزين المؤقت هو كما يلي: يقوم المعالج بتقديم طلب إلى وحدة التحكم للحصول على بعض البيانات من الذاكرة. وحدة التحكم ، باتباع الخوارزميات المعقدة ، تصل بالتسلسل إلى المستويات ، أي من L1 إلى L3 ، بحثًا عن المعلومات الضرورية. يجب أن تتنبأ خوارزميات جهاز التحكم فعليًا بالمعلومات التي سيحتاجها المعالج لإجراء مزيد من العمليات الحسابية. إذا لم تكن هناك بيانات على L1 ، فسيكون هناك بحث على طول L2 ، ثم على طول L3 ، بينما يتم إنشاء تأخير مماثل تنتظر عنده وحدة المعالجة المركزية المعلومات الضرورية. فقط عندما لا تكون البيانات المطلوبة في ذاكرة التخزين المؤقت ، يحدث طلب إلى ذاكرة الوصول العشوائي ، وتكون وحدة المعالجة المركزية خاملة حقًا ، ولا يتجاوز الاتصال بين مستويات ذاكرة التخزين المؤقت عشرة نانوثانية ، حتى إذا تم البحث عن المعلومات في المستوى L3 الأخير.
بشكل عام ، يمكن وصف مخطط ذاكرة التخزين المؤقت ووحدة التحكم الخاصة بها فيما يتعلق بالمعالج وذاكرة الوصول العشوائي على النحو التالي:
كما ترى ، هناك ذاكرة تخزين مؤقت بين وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي ، ممثلة بوحدة التحكم وخلايا الذاكرة حسب المستويات. يعد تلقي المعلومات من أي خلية أسرع بكثير من "الطريق الطويل" للوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي.
اقرأ أيضا: جهاز معالج الكمبيوتر الحديث
تأثير ذاكرة التخزين المؤقت
بالمعنى الدقيق للكلمة ، المعالج لا يحتاج إلى ذاكرة تخزين مؤقت. ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، واجه المستخدمون وقت انتظار طويلاً حتى تقوم ذاكرة الوصول العشوائي بنقل البيانات الضرورية إلى وحدة المعالجة المركزية ، وما إلى ذلك لكل جزء من أي عملية.كل فترة انتظار تبدأ من ثانيتين وتنتهي ببضع دقائق. لذا فإن ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج تؤثر بشكل أساسي على راحة المستخدم أثناء العمل مع الكمبيوتر ، مما يقلل بشكل كبير من وقت الانتظار.
تلخيصًا لما سبق ، يتضح أن ذاكرة التخزين المؤقت تؤثر على أداء المعالج ، مما يحرمه من الحاجة إلى تقديم طلب إلى ذاكرة الوصول العشوائي لنفس البيانات في كل مرة ، وتخزينها في وحدة المعالجة المركزية "بالقرب من". في هذه الحالة ، لم تعد وحدة المعالجة المركزية بحاجة إلى تحديث المعلومات باستمرار لنفس النوع من العمليات الحسابية ، بل إنها تجعلها في أسرع وقت ممكن. في هذه الحالة ، يصبح المعالج مستقلاً بشكل مشروط عن تردد ذاكرة الوصول العشوائي ، حيث أن الفرق بين 1066 ميجاهرتز و 2400 ميجاهرتز لن يكون 2.25 مرة ، ولكن في حدود 5٪ لنقل المعلومات بين وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي.
كيفية معرفة مقدار ذاكرة التخزين المؤقت الموجودة في المعالج
إذا كنت ترغب في شراء معالج ، فمن الأفضل عرض قيم مستويات ذاكرة التخزين المؤقت على الموقع الرسمي للشركة المصنعة:
- مثال على عرض المواصفات الفنية على موقع AMD الإلكتروني.
- مثال على عرض المواصفات الفنية على موقع إنتل.
إذا كنت تريد معرفة مقدار ذاكرة التخزين المؤقت التي يمتلكها المعالج ، فيجب عليك استخدام شاشة النظام "مدير المهام" - يشار إلى القيم المطلوبة في علامة التبويب "أداء".
خاتمة
يجب تلخيص أن ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج لها تأثير أساسي على أدائها والراحة العامة للمستخدم عند العمل مع جهاز كمبيوتر ، دون إجبار المستخدم على الجلوس على الكمبيوتر لفترة طويلة ، في انتظار قيام مكونات النظام بنقل المعلومات اللازمة لبعضها البعض لإجراء العمليات الحسابية. في الوقت نفسه ، حرمت ذاكرة التخزين المؤقت المستخدمين من الحاجة الملحة لاختيار واستخدام محرك الأقراص الثابتة أو محرك أقراص الحالة الثابتة الأسرع وبالتالي المكلف ، إلى جانب ذاكرة الوصول العشوائي عالية التردد لتقليل وقت التوقف الكبير بالفعل. لذلك ، كلما كانت ذاكرة التخزين المؤقت أكبر وأكثر تقسيمًا (صنعت AMD ذات مرة L1 مشتركًا لخط المعالجات الجديد الخاص بها ، وكانت منخفضة الأداء للغاية) ، زادت سرعة عمل وحدة المعالجة المركزية ، وهو أكثر ملاءمة للمستخدم ، والعكس صحيح.