کش – Cache

قصد داریم تا هم‌اکنون چند اصطلاح Cache را به طور کامل برای شما بازگو نموده و آن را با چندین مثال جالب مطرح کنیم.

اگر تاکنون یک کامپیوتر شخصی خریده باشید قطعاً اصطلاح کش (Cache) را شنیده‌اید.

کامپیوتر‌های مدرن دارای هر دو نوع کش‌های L1 و L2 حتی L3 هستند

همچنین ممکن است از مقدار آن (سلرون، سلرون دی و فول) چیزهایی شنیده باشید

این موضوع نشان میدهد که حافظه نهان یک فرایند مهم در علم کامپیوتر است که بروی هر کامپیوتری ظاهر می‌شود.

کش سازی یک فناوری مبتنی بر زیر سیستم حافظه کامپیوتر شما است.

هدف اصلی یک کش شتاب دهی کامپیوتر شما و در عین حال پایین نگه داشتن قیمت آن است.

کش سازی به شما امکان می دهد تا وظایف کامپیوتر خود را با سرعت بیشتری انجام دهید.

مبانی Caching ( کش – Cache )

Caching یک تکنولوژی استفاده شده برای زیر سیستم‌های حافظه، در کامپیوتر است.

مهمترین هدف یک Cache افزایش سرعت و عملکرد کامپیوتر بدون تحمیل هزینه‌های اضافی برای تهیه سیستم است.

با استفاده از Cache عملیات کاربران با سرعت بیشتری انجام خواهد شد.

Cache در کامپیوتر ( کش – Cache )

کامپیوتر، ماشینی است که زمان انجام کارها توسط آن با واحدهای خیلی کوچک اندازه‌گیری می‌گردد.

زمانیکه ریزپردازنده قصد دستیابی به حافظه اصلی را داشته باشد،

می بایست مدت زمانی معادل ۶۰ نانوثانیه را برای این کار در نظر بگیرد.

سرعت فوق بسیار بالا است ولی سرعت ریزپردازنده بمراتب بیشتر است.

ریزپردازنده قادر به داشتن سیکل هائی به اندازه دو نانوثانیه است.

تفاوت سرعت بین پردازنده و حافظه کاملاً مشهود بوده و قطعاً رضایت پردازنده در این خصوص کسب نخواهد شد.

پردازنده می بایست تاوان کند بودن حافظه را خود بپردازد.

انتظار پردازنده و هرز رفتن زمان مفید وی کوچکترین تاوانی است که می بایست پردازنده پذیرای آن باشد.

به منظور حل مشکل فوق، فرض کنید از یک نوع حاص حافظه، با ظرفیت کم ولی با سرعت بالا (۳۰ نانوثانیه)، استفاده گردد.

سرعت دستیابی به حافظه فوق دو مرتبه سریعتر نسبت به حافظه اصلی است.این نوع حافظه راL2 Cache می نامند.

فرض کنید از یک حافظه بمراتب سریعتر ولی با حجم کمتر استفاده و آن را مستقیماًً با پردازنده اصلی درگیر نمود.

سرعت دستیابی به حافظه فوق می بایست در حد و اندازه سرعت پردازنده باشد.این نوع حافظه ها را L1 Cache می گویند.

در کامپیوتر از زیرسیستمهای متفاوتی استفاده می‌گردد.

از Cache می‌توان در رابطه با اکثر زیر سیستمهای فوق استفاده تا کارآئی آنان افزایش یابد.

تکنولوژی Cache ( کش – Cache )

یکی از سوالاتی که ممکن است در ذهن خواننده این بخش خطور پیدا کند این است که

“چرا تمام حافظه کامپیوترها از نوع L1 Cache نمی باشند تا دیگر ضرورتی به استفاده از Cache وجود نداشته باشد؟”

در پاسخ می بایست گفت که اشکالی ندارد و همه چیز هم بخوبی کار خواهد کرد ولی قیمت کامپیوتر بطرز قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت.

ایده Cache، استفاده از یک مقدار کم حافظه ولی با سرعت بالا (قیمت بالا) برای افزایش سرعت و کارآئی میزان زیادی حافظه ولی با سرعت پایین (قیمت ارزان) است.

در طراحی یک کامپیوتر هدف فراهم کردن شرایط لازم برای فعالیت پردازنده با حداکثر توان و در سریعترین زمان است.

یک تراشه ۵۰۰ مگاهرتزی، در یک ثانیه پانصد میلیون مرتبه سیکل خود را خواهد داشت (هر سیکل در دونانوثانیه). بدون استفاده از L1 و L2 Cache، دستیابی به حافظه حدوداً ۶۰ نانوثانیه طول خواهد کشید.

بهرحال استفاده از Cache اثرات مثبت خود را بدنبال داشته و باعث بهبود کارآئی پردازنده می‌گردد.

اگر مقدار L2 Cache معادل ۲۵۶ کیلو بایت و ظرفیت حافظه اصلی معادل ۶۴ مگابایت باشد، ۲۵۶۰۰۰ بایت مربوط به Cache با استفاده از روش‌های موجود قادر به Cache نمودن ۶۴۰۰۰۰۰۰ بایت حافظه اصلی خواهند بود.