L1 و L2 و L3 Cache: ما الفرق؟

تستخدم جميع معالجات الكمبيوتر الحديثة نظام ذاكرة تخزين مؤقت متعدد المستويات يسمح بتخزين البيانات مؤقتًا على الشريحة للوصول السريع. يمكن أن يكون فهم الاختلافات بين ذاكرة التخزين المؤقت L1 و L2 و L3 أمرًا مهمًا إذا كنت تريد أفضل أداء من وحدة المعالجة المركزية التالية التي تشتريها.

ما هي ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية؟

ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية هي نوع من تخزين البيانات المؤقت الموجود على المعالج. يتم استخدامه لزيادة كفاءة المعالجة لوحدة المعالجة المركزية عن طريق الاحتفاظ بقطع صغيرة من البيانات مطلوبة في كثير من الأحيان جاهزة للوصول إليها بسرعة عالية. تتكون ذاكرة التخزين المؤقت من مستويات مختلفة من التخزين. يشار إلى هذه المستويات عادةً باسم L1 و L2 و L3 وأحيانًا L4 ، وتختلف في الموقع والسرعة والحجم.

لفهم سبب احتياج وحدة المعالجة المركزية لذاكرة التخزين المؤقت الخاصة بها بشكل أفضل ، يتعين علينا النظر في تطوير المعالجات وذاكرة الوصول العشوائي. كان فرق السرعة بين المعالج وذاكرة الوصول العشوائي ضئيلاً في أجهزة الكمبيوتر القديمة. كان هناك القليل من القلق من أن تتباطأ الذاكرة في المعالجة. نظرًا لأن سرعة تشغيل المعالجات المركزية زادت كثيرًا عن سرعة ذاكرة الوصول العشوائي ، كانت هناك حاجة لتقليل هذا التباين بطريقة ما. كان الجواب ذاكرة التخزين المؤقت.

تعد ذاكرة التخزين المؤقت سريعة للغاية ، وغالبًا ما تكون أسرع بـ 10 إلى 100 مرة من ذاكرة DRAM ، وهي قريبة فعليًا من نوى المعالج. لا يتم إبطاء المعالجات الحديثة والسريعة من خلال الاضطرار إلى تقديم طلبات للحصول على بيانات من ذاكرة نظام بطيئة نسبيًا لأنها يمكن أن تحصل على البيانات من ذاكرة التخزين المؤقت بدلاً من ذلك.

يرجع السبب في عدم استخدام هذا النوع من الذاكرة ، المعروف باسم SRAM ، بدلاً من DRAM في الكمبيوتر إلى تكلفتها. حجم ذاكرة التخزين المؤقت على وحدة المعالجة المركزية صغير نسبيًا ، ويقاس بالكيلوبايت أو الميجابايت بدلاً من الجيجابايت ، وسيكون صنعه بنفس أحجام وحدات ذاكرة الوصول العشوائي الحديثة باهظ التكلفة.

لا ينبغي الخلط بين ذاكرة التخزين المؤقت والأنواع الأخرى من ذاكرة التخزين المؤقت الشائعة في جهاز الكمبيوتر الخاص بك. على الرغم من أن "ذاكرة التخزين المؤقت" يمكن أن تشير إلى عدة أنواع من تخزين الذاكرة المؤقتة المستخدمة لزيادة كفاءة البرامج أو الأجهزة ، فإن ذاكرة التخزين المؤقت خاصة بأجهزة المعالج.

ما هو L1 Cache؟

ذاكرة التخزين المؤقت L1 ، التي تسمى أحيانًا ذاكرة التخزين المؤقت الأولية ، هي أصغر وأسرع مستوى للذاكرة. يبلغ حجمها عادةً 64 كيلو بايت ، ولكن كل نواة من المعالج لها ذاكرة تخزين مؤقت L1 مدمجة ، لذا فإن وحدة المعالجة المركزية رباعية النوى سيكون لها إجمالي 256 كيلوبايت.

إذا نظرت إلى تفاصيل الذاكرة في أداة مثل CPU-Z ، فستلاحظ أن ذاكرة التخزين المؤقت L1 مقسمة إلى مستويين آخرين: L1-I (تعليمات) و L1-D (بيانات). تعالج ذاكرة التخزين المؤقت لتعليمات L1 المعلومات التي سيتم تغذيتها للمعالج ، بينما تحتفظ ذاكرة التخزين المؤقت للبيانات بالمعلومات المراد كتابتها في الذاكرة الرئيسية.

يمكن أن تنقل ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى 1 البيانات بسرعة أو أسرع من أقصى سرعة تشغيل لوحدة المعالجة المركزية ، مما يجعلها فعالة للغاية. إذا فشل المعالج في العثور على البيانات المطلوبة في L1 ، فإنه يبحث عنها في ذاكرة التخزين المؤقت L2 و L3.

ما هو L2 Cache؟

ذاكرة التخزين المؤقت L2 هي ذاكرة تخزين مؤقت ثانوية ، مضمنة أيضًا داخل كل نواة فردية من وحدة المعالجة المركزية. غالبًا ما تحتوي على مساحة تخزين أكبر من L1 ، لكنها تعمل بسرعة أبطأ ، وإن كانت لا تزال أسرع بكثير من سرعة ذاكرة الوصول العشوائي.

قد تحتوي بعض المعالجات المتطورة على 32 ميجابايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2 ، ولكن من المحتمل أن تكون 6-12 ميجابايت هي المتوسط. كما ذكرنا ، يتم تقسيم هذا بالتساوي بين جميع النوى ، مما يسمح لكل منها بالوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة به بشكل مستقل.

ما هو L3 Cache؟

بدلاً من أن تكون مدمجة في كل نواة من وحدات المعالجة المركزية ، تعمل ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى 3 كمجمع تخزين مشترك يمكن للمعالج بأكمله الوصول إليه. إنها أبطأ بكثير من ذاكرة التخزين المؤقت L1 و L2 ، ربما تكون أسرع مرتين فقط من ذاكرة الوصول العشوائي ، ولكنها أكبر مستويات الذاكرة الثلاثة.

إذا فشلت وحدة المعالجة المركزية في العثور على البيانات التي تحتاجها في ذاكرة التخزين المؤقت ، فيجب عليها بدلاً من ذلك طلب البيانات من ذاكرة النظام الأبطأ. هذا يسمى فقدان ذاكرة التخزين المؤقت. أدى إدخال ذاكرة التخزين المؤقت L3 إلى تقليل فرص الخطأ وبالتالي ساعد في تحسين الأداء.

عندما تم تطوير ذاكرة التخزين المؤقت L3 لأول مرة ، كانت موجودة غالبًا في شريحة منفصلة على اللوحة الأم. تحتوي وحدات المعالجة المركزية الحديثة الآن بشكل حصري تقريبًا على ذاكرة تخزين مؤقت L3 مدمجة لزيادة الكفاءة.

L1 مقابل L2 مقابل L3 مخبأ: ما هي الاختلافات؟

الاختلافات الرئيسية بين المستويات الثلاثة لذاكرة التخزين المؤقت هي الحجم والسرعة ومكان وجودها.

• ذاكرة التخزين المؤقت L1 ذات سعة تخزين منخفضة ولكنها عادةً ما تكون أسرع ذاكرة في أي جهاز كمبيوتر ، حتى 100 مرة أسرع من ذاكرة الوصول العشوائي. كل نواة معالج لها ذاكرة تخزين مؤقت L1 خاصة بها ، عادة حوالي 64 كيلو بايت.
• قد تكون ذاكرة التخزين المؤقت L2 أكبر بعدة مرات من L1 ولكنها تزيد بنحو 25 مرة عن سرعة ذاكرة الوصول العشوائي. مثل L1 ، كل نواة معالج لها ذاكرة تخزين مؤقت L2 خاصة بها. يبلغ حجم كل منها عادةً 256-512 كيلو بايت ، وأحيانًا يصل حجمها إلى 1 ميغا بايت.
• تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت L3 على أكبر سعة تخزين ، غالبًا 32 ميجابايت أو أكثر ، ولكنها قد تكون أسرع مرتين فقط من ذاكرة النظام. عادةً ما يتم تضمين ذاكرة التخزين المؤقت L3 في وحدة المعالجة المركزية ، ولكنها منفصلة عن النوى.

هل يمكن حذف ذاكرة التخزين المؤقت؟

توجد ذاكرة تخزين مؤقت يمكن حذفها أو مسحها ، مثل ذاكرة التخزين المؤقت للنظام أو ذاكرة التخزين المؤقت للمتصفح ، ولكن لا يمكنك حذف ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية. تمامًا مثل DRAM ، تعد SRAM ذاكرة متقلبة ، مما يعني أنها لا تحتفظ بمحتوياتها على المدى الطويل. بمجرد إيقاف تشغيل الكمبيوتر ، يتم فقد كل شيء في ذاكرة التخزين المؤقت.

ما مقدار ذاكرة التخزين المؤقت التي أحتاجها؟

كما هو الحال مع معظم أنواع الذاكرة ، كلما زادت ذاكرة التخزين المؤقت في وحدة المعالجة المركزية ، كان ذلك أفضل. لا يمكنك ترقية ذاكرة التخزين المؤقت ، لذا من المهم التأكد من احتواء المعالج الذي تختاره على ما يكفي لاحتياجاتك. ومع ذلك ، فإن الأمر يعتمد على ما تفعله بجهاز الكمبيوتر الخاص بك ، ولا يجب عليك التوقف عن استخدام ميزة وحدة المعالجة المركزية هذه. يمكن أن تؤثر سرعات الساعة وعدد النوى والخيوط وعوامل أخرى على أداء وحدة المعالجة المركزية.

خط الأساس الجيد لذاكرة التخزين المؤقت L1 هو 64 كيلوبايت لكل نواة. يمكنك معرفة ذلك بقسمة المبلغ الإجمالي على عدد النوى في وحدة المعالجة المركزية. 256 كيلوبايت من ذاكرة التخزين المؤقت L2 لكل نواة مقبولة تمامًا ، ولكن قد يرغب اللاعبون في البحث عن 512 كيلوبايت لكل نواة. وأي شيء يتراوح بين 32 و 96 ميجابايت من ذاكرة التخزين المؤقت L3 مناسب لمعظم الأغراض.

ذات صلة: أساسيات وحدة المعالجة المركزية: ما هي النوى ، خيوط المعالجة المتعددة ، ووحدات المعالجة المركزية المتعددة؟