حافظه Cache چیست و چرا هر روز مهمتر از دیروز می شود؟

حافظه Cache چیست و چرا باید به آن توجه ویژه ای داشت؟

حافظه Cache – کَش یا حافظه نهان، حافظه ای بسیار سریع است (از نوع SRAM است) که برای کاهش تاخیر بین پردازنده و رم بوجود آمده است. از سال 1968 توسط شرکت IBM حافظه Cache در سی پی یو ها وجود دارد و تکنولوژی جدیدی نیست. این حافظه گرانتر از حافظه RAM است و همین طور خیلی سریعتر است.

برای مثال یک فروشگاه لباس را در نظر بگیرید. مثلا شما قصد خرید یک پیراهن را دارید و قبل از خرید روشن است که باید پیراهن را تست کنید. برای این کار فروشنده باید برود و یک پیراهن برای شما بیاورد و همین سرعت کار را کاهش می دهد و وقت تلف می شود. حال اگر آن فروشنده تمامی پیراهن ها را طبقه بندی کند، خیلی راحت تر به آن ها دسترسی خواهد داشت و سرعت افرایش پیدا خواهد کرد.

حافظه Cache سطح 3 – برتراستاد

اما چرا از حافظه Cache استفاده می شود؟

کَش سریعترین قطعه موجود در هر کامپیوتر یا لپ تاپی است که در بازار موجود وجود دارد. سیستم عامل که اکثرا ویندوز است روی حافظه اس اس دی یا هارد ذخیره می شود و همانطور که می دانید هارد یک قطعه مکانیکی است و برای دستیابی به اطلاعات، دیسک داخل هارد باید بچرخد و همین پروسه، پروسه کندی است. برای حل این مشکل، رَم طراحی شد که اطلاعات را از هارد به CPU منتقل کند. اما بازهم مشکل تاخیر وجود دارد. واضح است که رَم سرعت بیشتری نسبت به هارد دارد اما در مقایسه با پردازنده، سرعت پایینی دارد.

برای حل این مشکل، مهندسین یک حافظه بین CPU و RAM طراحی کردند به نام حافظه کَش. بدنیست بدانید که در داخل پردازنده ها حافظه خیلی کوچکی به نام ثبات یا Register نیز وجود دارد که برای دسترسی به اطلاعات با سرعت بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

ترتیب حافظه ها در کامپیوتر: هارد – رم – کش – ثبات ها. هر چه جلوتر می رویم، سرعت افزایش پیدا می کند.

حافظه Cache اشتراکی چیست؟

قبلا برای هر هسته، یک مقدار کش مشخص با مقداری ثابت در نظر گرفته میشد. مثلا اگر یک پردازنده شامل 4 هسته میشد، برای هر هسته، مقدار 64 کیلوبایت در نظر می گرفتند. در این حالت اگر هسته ای به کش بیشتری نیاز داشته باشد، باید به رم مراجعه کند. اما با طراحی Smart Cache که توسط شرکت اینتل انجام شد، این مشکل حل شد. در این حالت یک مقدار کلی در نظر می گیرند مثلا 2 مگابایت. هر هسته بسته به نیاز خود، از کش استفاده می کند. مثلا اگر هسته 6 به کَش بیشتری نیاز داشته باشد و هسته 3 کار نکند، می تواند از کَش بیشتری استفاده کند. یعنی حافظه Cache به صورت پویا بسته به نیاز هسته ها، در اختیار هسته ها قرار می گیرد. در این موارد دیگر نیازی نیست که پردازنده به رم مراجعه کند.

حافظه Cache سطح 1، سطح 2 و سطح 3 چیست؟

کش سطح یک، دو و سه چیز عجیبی نیست. فرض کنید یک پردازنده فقط 128 کیلوبایت حافظه Cache دارد. کش اگر به اطلاعات مورد نیاز کاربر دست پیدا نکند، مجبور می شود به رم مراجعه کند اما اگر یک کَش یدکی هم وجود داشته باشد، سرعت دسترسی به اطلاعات بیشتر خواهد شد. دلیل وجود Cache سطح 1، سطح 2 و سطح 3 و سطح 4 همین است.نزدیکترین و پرسرعت ترین حافظه ای که به سی پی یو دسترسی دارد، کَش سطح یک یا L1 Cache است که L مخفف کلمه Level است.

در سال های قبل، فقط کَش سطح 1 در خود پردازنده قرار می گرفت و سطح 2 و سطح 3 در Chipset مادربرد تعبیه میشد و چیپست باید با سرعت کلاک خود مادربرد کار می کرد که سرعتش کم بود که بعدا کَش سطح 2 و سطح 3 نیز در داخل خود پردازنده قرار گرفتند و سرعت چند برابر شد.

معنی Cache Hit و Cache Miss چیست؟

همانطور که بالاتر اشاره شد، حافظه های کش به ترتیب بررسی می شوند یعنی اگر اطلاعات داخل کش سطح 1 نباشد، وارد سطح 2 می شود و اگر در سطح 2 نیز موجود نباشد، وارد سطح 3 می شود و تاخیر به وجود می آورد. به این اتفاق Cache Miss می گویند اما اگر اطلاعات مورد نظر پیدا شود، آنگاه به آن اتفاق Cache Hit گفته می شود. در حال حاضر میزان Cache Hit برای کش سطح یک برابر با 95 تا 97 درصد است. البته برای پردازنده های قوی تر این مقدار از 99 درصد تا 100 درصد است.

چرا حافظه RAM مثل حافظه کَش ساخته نمی شود؟

ساخت SRAM خیلی گرانتر از DRAM تمام خواهد شد یعنی به قدری گران است که شرکت ها توانایی ساخت این حافظه را ندارد. به علاوه اینکه اگر تصمیم بر ساخت این نوع حافظه گرفته شود، این حافظه از نظر اندازه خیلی بزرگتر از رم عادی می شود که در این صورت باید اندازه اسلات مادربرد ها تغییر کند که هزینه بالایی دارد. البته شرکت AMD از تکنولوژی 3D V-Cache استفاده می کند یعنی حافظه Cache سه بعدی طراحی کرده که همین باعث دریافت فریم ریت بیشتر در بازی های ویدیویی می شود.

[WPSM_SERVICEBOX id=593]