Home-theater-designers
تطورت معالجات الكمبيوتر قليلاً في السنوات الأخيرة. تصبح الترانزستورات أصغر كل عام ، وتصل التطورات إلى نقطة أصبح فيها قانون مور زائدًا عن الحاجة.
عندما يتعلق الأمر بالمعالجات ، لا يهم فقط الترانزستورات والترددات ولكن أيضًا ذاكرة التخزين المؤقت.
ربما سمعت عن ذاكرة التخزين المؤقت عند مناقشة وحدات المعالجة المركزية (وحدات المعالجة المركزية). ومع ذلك ، فإننا لا نولي اهتمامًا كافيًا لأرقام ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية ، كما أنها ليست أهم ما يميز إعلانات وحدة المعالجة المركزية.
إذن ، ما مدى أهمية ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية بالضبط ، وكيف تعمل؟
ما هي ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية؟
ببساطة ، ذاكرة التخزين المؤقت لذاكرة وحدة المعالجة المركزية هي نوع سريع جدًا من الذاكرة. في الأيام الأولى للحوسبة ، كانت سرعة المعالج وسرعة الذاكرة منخفضة. ومع ذلك ، خلال الثمانينيات ، بدأت سرعات المعالج في الزيادة بسرعة. لم تتمكن ذاكرة النظام في ذلك الوقت (RAM) من التعامل مع سرعات وحدة المعالجة المركزية المتزايدة أو مطابقتها ، ولذلك ظهر نوع جديد من الذاكرة فائقة السرعة: ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية.
الآن ، يحتوي جهاز الكمبيوتر الخاص بك على أنواع متعددة من الذاكرة بداخله.
هناك وحدة تخزين أساسية ، مثل القرص الصلب أو SSD ، والتي تخزن الجزء الأكبر من البيانات - نظام التشغيل والبرامج.
بعد ذلك ، لدينا ذاكرة وصول عشوائي ، المعروف باسم ذاكرة الوصول العشوائي . هذا أسرع بكثير من التخزين الأساسي ولكنه مجرد وسيط تخزين قصير المدى. يستخدم جهاز الكمبيوتر والبرامج الموجودة عليه ذاكرة الوصول العشوائي لتخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر ، مما يساعد على إبقاء الإجراءات على جهاز الكمبيوتر الخاص بك لطيفة وسريعة.
أخيرًا ، تحتوي وحدة المعالجة المركزية على وحدات ذاكرة أسرع داخل نفسها ، تُعرف باسم ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية.
ذاكرة الكمبيوتر لها تسلسل هرمي يعتمد على سرعتها التشغيلية. تقف ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية في الجزء العلوي من هذا التسلسل الهرمي ، كونها الأسرع. إنه أيضًا الأقرب إلى مكان حدوث المعالجة المركزية ، كونه جزءًا من وحدة المعالجة المركزية نفسها.
تأتي ذاكرة الكمبيوتر أيضًا بأنواع مختلفة أيضًا.
ذاكرة التخزين المؤقت هي أحد أشكال ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM) ، بينما تُعرف ذاكرة الوصول العشوائي للنظام العادي باسم ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM). يمكن لذاكرة الوصول العشوائي الثابتة الاحتفاظ بالبيانات دون الحاجة إلى تحديثها باستمرار ، على عكس DRAM ، مما يجعل SRAM مثاليًا لذاكرة التخزين المؤقت.
كيف تعمل ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية؟
تم تصميم البرامج والتطبيقات الموجودة على جهاز الكمبيوتر الخاص بك كمجموعة من الإرشادات التي تفسرها وحدة المعالجة المركزية وتقوم بتشغيلها. عند تشغيل برنامج ، تشق التعليمات طريقها من التخزين الأساسي (محرك الأقراص الثابتة) إلى وحدة المعالجة المركزية. هذا هو المكان الذي يلعب فيه التسلسل الهرمي للذاكرة.
يتم تحميل البيانات أولاً في ذاكرة الوصول العشوائي ثم يتم إرسالها إلى وحدة المعالجة المركزية. وحدات المعالجة المركزية هذه الأيام قادرة على تنفيذ عدد هائل من التعليمات في الثانية. للاستفادة الكاملة من قوتها ، تحتاج وحدة المعالجة المركزية إلى الوصول إلى ذاكرة فائقة السرعة ، حيث تأتي ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية.
تأخذ وحدة التحكم في الذاكرة البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وترسلها إلى ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية. اعتمادًا على وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك ، توجد وحدة التحكم في وحدة المعالجة المركزية ، أو مجموعة شرائح Northbridge الموجودة على اللوحة الأم.
ثم تقوم ذاكرة التخزين المؤقت بتنفيذ عمليات نقل البيانات ذهابًا وإيابًا داخل وحدة المعالجة المركزية. يوجد التسلسل الهرمي للذاكرة داخل ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية أيضًا.
متعلق ب: ما هي وحدة المعالجة المركزية وماذا تفعل؟
مستويات ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية: L1 و L2 و L3
تنقسم ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية إلى ثلاثة 'مستويات': L1 و L2 و L3. يتم ترتيب هرمية الذاكرة مرة أخرى وفقًا لسرعة ذاكرة التخزين المؤقت ، وبالتالي حجمها.
إذن ، هل يُحدث حجم ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية فرقًا في الأداء؟
L1 مخبأ
ذاكرة التخزين المؤقت L1 (المستوى 1) هي أسرع ذاكرة موجودة في نظام الكمبيوتر. من حيث أولوية الوصول ، تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت L1 على البيانات التي من المرجح أن تحتاجها وحدة المعالجة المركزية أثناء إكمال مهمة معينة.
يعتمد حجم ذاكرة التخزين المؤقت L1 على وحدة المعالجة المركزية. تتميز بعض وحدات المعالجة المركزية للمستهلكين المتميزين الآن بذاكرة تخزين مؤقت L1 بسعة 1 ميجابايت ، مثل Intel i9-9980XE ، ولكنها تكلف مبلغًا كبيرًا من المال ولا تزال قليلة ومتباعدة. تحتوي بعض مجموعات شرائح الخادم ، مثل نطاق Xeon من Intel ، أيضًا على ذاكرة تخزين مؤقت لذاكرة L1 بحجم 1-2 ميجابايت.
لا يوجد حجم لذاكرة التخزين المؤقت 'قياسي' L1 ، لذلك يجب عليك التحقق من مواصفات وحدة المعالجة المركزية لتحديد حجم ذاكرة التخزين المؤقت للذاكرة L1 بالضبط قبل الشراء.
عادةً ما يتم تقسيم ذاكرة التخزين المؤقت L1 إلى قسمين: ذاكرة التخزين المؤقت للإرشادات وذاكرة التخزين المؤقت للبيانات. تتعامل ذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات مع المعلومات حول العملية التي يجب أن تقوم بها وحدة المعالجة المركزية ، بينما تحتفظ ذاكرة التخزين المؤقت للبيانات بالبيانات التي سيتم تنفيذ العملية عليها.
L2 Cache
ذاكرة التخزين المؤقت L2 (المستوى 2) أبطأ من ذاكرة التخزين المؤقت L1 ولكنها أكبر حجمًا. حيث يمكن قياس ذاكرة التخزين المؤقت L1 بالكيلو بايت ، فإن مخازن ذاكرة L2 الحديثة تقاس بالميجابايت. على سبيل المثال ، يحتوي Ryzen 5 5600X عالي التصنيف من AMD على ذاكرة تخزين مؤقت 384 كيلو بايت L1 وذاكرة تخزين مؤقت L2 سعة 3 ميجابايت (بالإضافة إلى ذاكرة تخزين مؤقت L3 سعة 32 ميجابايت).
يختلف حجم ذاكرة التخزين المؤقت L2 اعتمادًا على وحدة المعالجة المركزية ، ولكن حجمها يتراوح عادةً بين 256 كيلوبايت إلى 8 ميجابايت. ستحزم معظم وحدات المعالجة المركزية الحديثة أكثر من 256 كيلوبايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2 ، ويعتبر هذا الحجم الآن صغيرًا. علاوة على ذلك ، تحتوي بعض أقوى وحدات المعالجة المركزية الحديثة على ذاكرة تخزين مؤقت أكبر من L2 ، تتجاوز 8 ميجابايت.
هل يمكن أن يكون لديك ماسنجر بدون فيسبوك
عندما يتعلق الأمر بالسرعة ، تتخلف ذاكرة التخزين المؤقت L2 عن ذاكرة التخزين المؤقت L1 ولكنها لا تزال أسرع بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي للنظام. عادةً ما تكون ذاكرة التخزين المؤقت لذاكرة L1 أسرع 100 مرة من ذاكرة الوصول العشوائي ، في حين أن ذاكرة التخزين المؤقت L2 أسرع بنحو 25 مرة.
L3 مخبأ
في ذاكرة التخزين المؤقت L3 (المستوى 3). في الأيام الأولى ، تم العثور على ذاكرة التخزين المؤقت L3 بالفعل على اللوحة الأم. كان هذا منذ وقت طويل جدًا ، عندما كانت معظم وحدات المعالجة المركزية مجرد معالجات أحادية النواة. الآن ، يمكن أن تكون ذاكرة التخزين المؤقت L3 في وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك ضخمة ، مع وحدات المعالجة المركزية للمستهلكين المتطورة التي تتميز بذاكرة تخزين مؤقت L3 تصل إلى 32 ميجابايت. يمكن لبعض ذاكرات التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية (CPU) الخاصة بالخادم أن تتجاوز هذا ، حيث يصل حجمها إلى 64 ميجابايت.
تعد ذاكرة التخزين المؤقت L3 هي الأكبر ولكنها أيضًا أبطأ وحدة ذاكرة تخزين مؤقت. تتضمن وحدات المعالجة المركزية الحديثة ذاكرة التخزين المؤقت L3 على وحدة المعالجة المركزية نفسها. ولكن في حين أن ذاكرة التخزين المؤقت L1 و L2 موجودة لكل نواة على الشريحة نفسها ، فإن ذاكرة التخزين المؤقت L3 أقرب إلى مجموعة ذاكرة عامة يمكن للرقاقة بأكملها الاستفادة منها.
توضح الصورة التالية مستويات ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية Intel Core i5-3570K:
لاحظ كيف يتم تقسيم ذاكرة التخزين المؤقت L1 إلى قسمين ، بينما يكون L2 و L3 أكبر على التوالي.
ما مقدار ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية التي أحتاجها؟
إنه سؤال جيد. المزيد أفضل ، كما قد تتوقع. ستشمل أحدث وحدات المعالجة المركزية بشكل طبيعي ذاكرة تخزين مؤقت لوحدة المعالجة المركزية أكثر من الأجيال القديمة ، مع ذاكرة تخزين مؤقت أسرع أيضًا. شيء واحد يمكنك القيام به هو التعلم كيفية مقارنة وحدات المعالجة المركزية بشكل فعال . هناك الكثير من المعلومات ، ويمكن أن يساعدك تعلم كيفية مقارنة وحدات المعالجة المركزية المختلفة والمقارنة بينها في اتخاذ قرار الشراء الصحيح.
كيف تنتقل البيانات بين مخابئ ذاكرة وحدة المعالجة المركزية؟
السؤال الكبير: كيف تعمل ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية؟
بعبارات أساسية ، تتدفق البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي إلى ذاكرة التخزين المؤقت L3 ، ثم L2 ، وأخيراً L1. عندما يبحث المعالج عن بيانات لتنفيذ عملية ما ، فإنه يحاول أولاً العثور عليها في ذاكرة التخزين المؤقت L1. إذا عثرت وحدة المعالجة المركزية عليه ، فإن الشرط يسمى ضربة ذاكرة التخزين المؤقت. ثم يشرع في العثور عليه في L2 ثم L3.
إذا لم تعثر وحدة المعالجة المركزية على البيانات في أي ذاكرة تخزين مؤقت ، فإنها تحاول الوصول إليها من ذاكرة النظام (RAM). عندما يحدث ذلك ، يُعرف باسم خطأ ذاكرة التخزين المؤقت.
الآن ، كما نعلم ، تم تصميم ذاكرة التخزين المؤقت لتسريع نقل المعلومات ذهابًا وإيابًا بين الذاكرة الرئيسية ووحدة المعالجة المركزية. الوقت اللازم للوصول إلى البيانات من الذاكرة يسمى 'زمن الوصول'.
تتميز ذاكرة التخزين المؤقت L1 بأقل زمن انتقال ، كونها الأسرع والأقرب إلى النواة ، بينما تتمتع L3 بأعلى زمن انتقال. يزداد زمن انتقال ذاكرة التخزين المؤقت عندما يكون هناك خطأ في ذاكرة التخزين المؤقت حيث يتعين على وحدة المعالجة المركزية استرداد البيانات من ذاكرة النظام.
يستمر الكمون في الانخفاض حيث تصبح أجهزة الكمبيوتر أسرع وأكثر كفاءة. تعمل ذاكرة الوصول العشوائي DDR4 ذات زمن الوصول المنخفض ومحركات أقراص الحالة الثابتة فائقة السرعة على تقليل زمن الوصول ، مما يجعل النظام بأكمله أسرع من أي وقت مضى. في ذلك ، تعد سرعة ذاكرة النظام مهمة أيضًا.
مستقبل ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية
يتطور تصميم ذاكرة التخزين المؤقت دائمًا ، خاصة وأن الذاكرة تصبح أرخص وأسرع وأكثر كثافة. على سبيل المثال ، أحد أحدث ابتكارات AMD هو Smart Access Memory و Infinity Cache ، وكلاهما يزيد من أداء الكمبيوتر.
يشارك يشارك سقسقة بريد الالكتروني AMD مقابل. Intel: ما هي أفضل وحدة معالجة مركزية للألعاب؟إذا كنت تقوم ببناء جهاز كمبيوتر للألعاب وتمزق بين وحدات المعالجة المركزية AMD و Intel ، فقد حان الوقت لمعرفة المعالج الأفضل لجهاز الألعاب الخاص بك.
اقرأ التالي مواضيع ذات صلة- شرح التكنولوجيا
- ذاكرة الكمبيوتر
- وحدة المعالجة المركزية
- قطع غيار الكمبيوتر
Gavin هو محرر جونيور لـ Windows و Technology Explained ، ومساهم منتظم في Really Useful Podcast ومراجع منتظم للمنتج. حصل على بكالوريوس (مع مرتبة الشرف) في الكتابة المعاصرة مع ممارسات فنية رقمية نُهبت من تلال ديفون ، بالإضافة إلى أكثر من عقد من الخبرة في الكتابة الاحترافية. يستمتع بكميات وفيرة من الشاي وألعاب الطاولة وكرة القدم.
المزيد من Gavin Phillipsاشترك في نشرتنا الإخبارية
انضم إلى النشرة الإخبارية لدينا للحصول على نصائح تقنية ومراجعات وكتب إلكترونية مجانية وصفقات حصرية!
انقر هنا للاشتراك