حافظه نهان CPU

پردازنده های کامپیوتری در سال های اخیر پیشرفت زیادی داشته اند. وقتی صحبت از پردازنده ها می شود، فقط ترانزیستورها و فرکانس ها مهم نیستند بلکه حافظه نهان نیز مهم است. تقریبا همه هسته های پردازنده مدرن از تراشه های بسیار کم مصرف مانند ARM Cortex-A5 تا بالاترین سطح Intel Core i9 از حافظه ی پنهان استفاده می کنند. بنابراین، دقیقا حافظه ی نهان CPU چقدر مهم است و چگونه کار می کند؟ برای اطلاعات بیشتر با shob360 همراه باشید.

حافظه نهان CPU چیست؟

به زبان ساده، حافظه نهان CPU فقط یک نوع حافظه بسیار سریع است. در روزهای اولیه محاسبه، سرعت پردازنده و سرعت حافظه پایین بود. با این حال، در طول دهه 1980، سرعت پردازنده شروع به افزایش کرد. حافظه سیستم در آن زمان (RAM) نمی تواند با افزایش سرعت CPU کنار بیاید یا مطابقت داشته باشد، بنابراین نوع جدیدی از حافظه فوق سریع ایجاد شد: حافظه نهان CPU.

در حال حاضر، رایانه شما دارای چندین نوع حافظه در داخل خود است. حافظه ی اصلی مانند هارد دیسک یا SSD  قسمت اعظم داده ها، سیستم عامل و برنامه ها را ذخیره می کند. در مرحله بعد، ما حافظه دسترسی تصادفی داریم که معمولا به عنوان RAM شناخته می شود. این بسیار سریعتر از ذخیره اولیه است اما فقط یک رسانه ذخیره سازی کوتاه مدت است. رایانه شما و برنامه های روی آن از RAM برای ذخیره داده های مکرر دسترسی استفاده می کند و به حفظ عملکرد سریع رایانه کمک می کند. CPU دارای واحدهای حافظه سریع تری در درون خود است که به حافظه پنهان CPU معروف است.

حافظه رایانه دارای سلسله مراتبی بر اساس سرعت عملیاتی آن است. حافظه CPU در بالای این سلسله مراتب قرار دارد و سریعترین است. همچنین نزدیکترین جایی است که پردازش مرکزی رخ می دهد و بخشی از خود CPU است. حافظه رایانه نیز انواع مختلفی دارد. حافظه پنهان نوعی RAM استاتیک (SRAM) است، در حالی که RAM معمولی سیستم شما به عنوان RAM Dynamic RAM (DRAM) معروف است. برخلاف DRAM، که باعث می شود SRAM برای حافظه پنهان ایده آل باشد، RAM استاتیک می تواند داده ها را بدون نیاز به بروزرسانی مداوم نگه دارد.

حافظه پنهان CPU چگونه کار می کند؟

برنامه های موجود در رایانه شما به عنوان مجموعه ای از دستورالعمل ها طراحی شده اند که CPU آنها را تفسیر و اجرا می کند. وقتی برنامه ای را اجرا می کنید، دستورالعمل ها از حافظه اصلی (هارد دیسک شما) به CPU راه پیدا می کنند. داده ها ابتدا در RAM بارگذاری می شوند و سپس به CPU ارسال می شوند. CPU قادر به انجام تعداد زیادی دستورالعمل در ثانیه هستند. برای استفاده کامل از قدرت، CPU به حافظه فوق سریع نیاز دارد، جایی که حافظه CPU وارد می شود. کنترل کننده حافظه داده ها را از RAM گرفته و به حافظه CPU ارسال می کند. بسته به CPU شما، کنترلر روی CPU یا چیپست Northbridge در مادربرد شما وجود دارد.

مراحل حافظه ی پنهان L1 و L2 و L3

حافظه CPU Cache به سه سطح L1 ، L2 و L3 تقسیم می شود.

L1 Cache: حافظه پنهان L1 (سطح 1) سریعترین حافظه موجود در یک سیستم کامپیوتری است. از نظر اولویت دسترسی، حافظه پنهان L1 دارای داده هایی است که CPU به احتمال زیاد هنگام انجام یک کار خاص به آن نیاز دارد. اندازه کش L1 بستگی به پردازنده دارد. برخی از پردازنده های سطح بالای مصرف کننده در حال حاضر دارای یک حافظه کش 1 مگابایتی L1 مانند Intel i9-9980XE هستند، اما این هزینه های هنگفتی را متحمل می شوند و هنوز چندان زیاد نیستند. برخی از چیپست های سرور، مانند محدوده Xeon اینتل، دارای حافظه پنهان 1-2 مگابایتی L1 نیز هستند.

L2 Cache: حافظه نهان L2 (سطح 2) کندتر از حافظه کش L1 است اما اندازه ی آن بزرگتر است. جایی که حافظه پنهان L1 ممکن است بر حسب کیلو بایت اندازه گیری شود، حافظه ذخیره سازی L2 مدرن بر حسب مگا بایت است. به عنوان مثال ، Ryzen 5 5600X دارای رتبه بالا AMD دارای 384 کیلو بایت حافظه کش L1 و 3 مگا بایت حافظه کش L2 (به علاوه 32 مگابایت حافظه کش L3) هستند. اندازه کش L2 بسته به پردازنده متفاوت است، اما اندازه ی آن معمولا بین 256 کیلو بایت تا 8 مگا بایت است. اکثر CPU های مدرن بیش از 256 کیلو بایت حافظه پنهان L2 دارند و این اندازه در حال حاضر کوچک در نظر گرفته می شود. بعلاوه، برخی از قوی ترین پردازنده های مدرن دارای حافظه پنهان L2 بزرگتر، بیش از 8 مگا بایت هستند. وقتی صحبت از سرعت می شود، حافظه نهان L2 از حافظه نهان L1 عقب می ماند اما هنوز بسیار سریعتر از RAM سیستم شما است. حافظه کش L1 معمولا 100 برابر سریعتر از RAM شما است، در حالی که حافظه نهان L2 حدود 25 برابر سریعتر است.

L3 Cache: حافظه پنهان L3 در پردازنده شما و پردازنده های سطح بالای مصرف کننده دارای حافظه پنهان L3 تا 32 مگا بایت هستند. برخی از حافظه های ذخیره سازی CPU L3 سرور می توانند از این مقدار فراتر رفته و حداکثر 64 مگا بایت داشته باشند. حافظه نهان L3 بزرگترین اما کند ترین واحد حافظه نهان است. CPU های مدرن شامل حافظه پنهان L3 در خود CPU هستند. اما در حالی که حافظه پنهان L1 و L2 برای هر هسته در خود تراشه وجود دارد، حافظه پنهان L3 بیشتر شبیه یک حافظه عمومی است که کل تراشه می تواند از آن استفاده کند.

چقدر حافظه پنهان CPU نیاز دارم؟

سوال خوبی است. آخرین CPU ها به طور طبیعی شامل حافظه cache، پردازنده بیشتری نسبت به نسل های قدیمی تر دارند، همچنین حافظه کش سریعتری دارد. یکی از کارهایی که می توانید انجام دهید این است که نحوه مقایسه موثر CPU ها را بیاموزید. اطلاعات زیادی در دسترس است و یادگیری نحوه مقایسه و مقایسه CPU های مختلف می تواند به شما در تصمیم گیری درست در خرید کمک کند.