هر رایانه ای مانند رایانه کار می کند ، داده های اولیه در آن وارد می شود و از آنجا نتایج حاصل از محاسبات خاص مورد نیاز است. از درایوهای دیسک سخت (HDD) و / یا درایوهای حالت جامد (SSD) ، حافظه دسترسی تصادفی (RAM / RAM) و حافظه نهان پردازنده (CPU Cache) برای ذخیره داده های ورودی و خروجی استفاده می شود.
همچنین بخوانید: پردازنده رایانه ای مدرن چگونه کار می کند
تأثیر حافظه نهان در پردازش داده ها
علی رغم این واقعیت که RAM اطلاعات را از درایوها به پردازنده منتقل می کند و بالعکس ، به نسبت سریع ، حتی RAM بسیار پربار نیز قادر به ارائه چنین سرعت انتقال اطلاعات نیست که پردازنده از کار بیفتد. به منظور به حداقل رساندن زمان انتظار پردازنده برای اطلاعات درخواستی ، حافظه فوق سریع یا فوق العاده عملیاتی موسوم به cache به خود پردازنده اضافه شده است. ساختار ، هدف و تأثیر آن در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.
دستگاه حافظه نهان پردازنده
حافظه نهان از دو قسمت کنترل کننده و حافظه تشکیل شده است. با حافظه ، همه چیز ساده است: اطلاعات لازم برای محاسبات و نتایج پردازش اطلاعات را در خود ذخیره می کند. کنترل کننده عملکرد پردازنده درخواست و جستجوگر داده های درخواستی را در حافظه نهان برای انجام محاسبات یا انتقال / دریافت داده های خروجی و ورودی از حافظه اصلی انجام می دهد.
حافظه نهانگاه پردازنده به چندین سطح تقسیم می شود: از L1 به L3. بعضی از مدل ها L4 داشتند ، اگرچه سطح چهارم که در پردازنده هایی مانند Core i7-5775C و Core i5-5675C استفاده می شد ، به دلیل هزینه خرده فروشی کنار گذاشته شد.
- L1 - حافظه پنهان سطح اول ، دارای حداقل حجم بیش از چند صد کیلو بایت نیست و بیشترین سرعتی است که اجازه می دهد بلافاصله پس از درخواست اطلاعات صادر شود. هر هسته مدار L1 خاص خود را دارد. اطلاعات ذخیره شده در حافظه پنهان سطح اول برای محاسبات پردازنده ضروری است یا اغلب درخواست می شود.
- L2 - حافظه پنهان سطح دوم که از نظر حجم تا حدی بزرگتر است ، می تواند به چند مگابایت برسد ، در حالی که دیگر خیلی سریع نیست. داده های مهمی را که دارای اولویت کمتری برای محاسبات هستند ، به طور موقت ذخیره می کند. مانند L1 ، هر هسته طرح حافظه L2 جداگانه دارد.
- L3 - حافظه پنهان سطح سوم ، بزرگترین حجم ، به ده و حتی کمی بیشتر مگابایت می رسد ، اما علاوه بر این کمترین سرعت است. حاوی داده هایی است که درخواست درخواست آنها نسبتاً بعید است ، در حالی که سطح سوم در همه هسته ها مشترک است که باعث بهبود ارتباط بین آنها می شود.
اصل کلی حافظه پنهان به شرح زیر است: پردازنده درخواستی را به کنترل کننده می کند تا مقداری داده از حافظه دریافت کند. کنترل کننده ، به دنبال الگوریتم های پیچیده ، به ترتیب در جستجوی اطلاعات لازم به سطوح ، یعنی از L1 تا L3 ، دسترسی پیدا می کند. الگوریتم های کنترل کننده باید در واقع پیش بینی کنند که پردازنده برای محاسبات بعدی به چه اطلاعاتی نیاز دارد. اگر هیچ داده ای در مورد L1 وجود نداشته باشد ، جستجو در امتداد L2 و سپس در امتداد L3 انجام می شود ، در حالی که تاخیر مربوطه ایجاد می شود که در آن CPU منتظر اطلاعات لازم است. درصورتی که داده های درخواستی در حافظه نهان باشد ، درخواستی برای RAM رخ می دهد و پردازنده مرکزی واقعاً بیکار است ، ارتباط بین سطح حافظه نهان بیشتر از ده نانو ثانیه نیست ، حتی اگر اطلاعات در آخرین سطح L3 جستجو شوند.
به طور کلی ، طرح حافظه پنهان و کنترل کننده آن در رابطه با پردازنده و RAM می تواند به شرح زیر باشد:
همانطور که مشاهده می کنید ، یک حافظه پنهان بین CPU و RAM وجود دارد که توسط کنترل کننده و سلول های حافظه بر اساس سطح نشان داده می شود. دریافت اطلاعات از هر سلول بسیار سریعتر از "راه طولانی" به RAM است.
همچنین بخوانید: دستگاه پردازشگر رایانه ای مدرن
تأثیر حافظه نهان
به طور دقیق ، پردازنده نیازی به حافظه پنهان ندارد. با این حال ، در همان زمان ، کاربران با مدت زمان طولانی منتظر می ماندند تا زمانی که RAM اطلاعات لازم را به پردازنده و غیره منتقل کند برای هر بخش از هر عملکرد.هر دوره انتظار از چند ثانیه شروع می شد و با چند دقیقه به پایان می رسید. بنابراین حافظه نهان پردازنده در درجه اول بر راحتی کاربر هنگام کار با رایانه تأثیر می گذارد و مدت زمان انتظار را بسیار کاهش می دهد.
با جمع بندی موارد بالا ، مشخص شد که حافظه پنهان بر عملکرد پردازنده تأثیر می گذارد و نیازی به درخواست هر بار درخواست RAM برای داده های مشابه را ندارد و آن را در کنار یکدیگر ذخیره می کند. در این حالت ، پردازنده دیگر نیازی به به روزرسانی مداوم اطلاعات برای همان نوع محاسبات ندارد و آنها را در اسرع وقت انجام می دهد. در این حالت ، پردازنده به طور مشروط از فرکانس RAM مستقل می شود ، زیرا تفاوت بین 1066 مگاهرتز و 2400 مگاهرتز 2.25 برابر نخواهد بود ، اما برای انتقال اطلاعات بین پردازنده و RAM 5 درصد است.
چگونه می توان مقدار حافظه نهان حافظه را کشف کرد
اگر می خواهید پردازنده خریداری کنید ، بهترین کار این است که مقادیر حافظه نهان را در وب سایت رسمی سازنده مشاهده کنید:
- نمونه ای از نمایش مشخصات فنی در وب سایت AMD.
- نمونه ای از نمایش مشخصات فنی در وب سایت اینتل.
اگر می خواهید بدانید پردازنده شما چه مقدار حافظه نهان دارد ، باید از مانیتور سیستم استفاده کنید "مدیر وظایف" - مقادیر مورد نیاز در برگه نشان داده شده است "کارایی".
نتیجه
باید این طور خلاصه شود که حافظه نهان پردازنده تأثیر اصلی در عملکرد آن و راحتی عمومی کاربر هنگام کار با رایانه دارد ، بدون اینکه کاربر را مجبور کند مدت طولانی فقط پشت کامپیوتر بنشیند و منتظر بماند تا اجزای سیستم اطلاعات لازم را برای محاسبات به یکدیگر منتقل کنند. در همان زمان ، حافظه پنهان کاربران را از نیاز فوری به انتخاب و استفاده از سریعترین و در نتیجه گرانترین HDD یا SSD ، همراه با RAM با فرکانس بالا محروم کرده است تا زمان خرابی زیاد را به حداقل برساند. بنابراین هرچه حافظه پنهان بزرگتر و بیشتر تقسیم شده باشد (AMD زمانی L1 متداول را برای پردازنده های جدید خود ایجاد کرد و عملکرد آنها بسیار کم است) ، پردازنده سریعتر کار می کند ، که برای کاربر راحت تر است و بالعکس.