ما هي ذاكرة التخزين المؤقت أو الكاش Cache Memory؟ وما هي أنواعها؟

من المصطلحات المتعلقة بمكونات جهاز الحاسوب هي ذاكرة التخزين المؤقت أو ذاكرة الكاش Cache Memory, فما هي ذاكرة الكاش؟ ما هي وظيفتها وأنواعها؟

1. ما هي ذاكرة التخزين المؤقت (الكاش)؟

ذاكرة التخزين المؤقت (الكاش), هي عبارة عن ذاكرة مميزة عالية السرعة, ويتم استخدامها لتسريع ومزامنة وحدة المعالجة المركزية عالية السرعة.

تعتبر ذاكرة التخزين المؤقت أو الكاش أكثر كلفة من الذاكرة الرئيسية أو ذاكرة القرص الصلب, ولكنها تعتبر أيضاً أوفر من وحدة المعالجة المركزية.

وهي تحتفظ بالبيانات والتعليمات المطلوبة بشكل متكرر بحيث تكون متاحة على الفور لوحدة المعالجة المركزية عند الحاجة. تستخدم هذه الذاكرة لتقليل متوسط الوقت للوصول إلى البيانات من الذاكرة الرئيسية.

وهي أصغر وأسرع وتقوم بتخزين نسخ من البيانات من مواقع الذاكرة الرئيسية المستخدمة بشكل متكرر. يوجد هنالك العديد من ذاكرات التخزين المؤقت أو ذاكرات الكاش المستقلة المختلفة في وحدة المعالجة المركزية, والتي تقوم بتخزين التعليمات والبيانات.

2. مستويات الذاكرة.

يوجد هنالك أربعة مستويات من الذاكرة:

• المستوى الأول (المسجّل).

وهو نوع من الذاكرة يتم فيه تخزين البيانات وقبولها ويتم تخزينها على الفور في وحدة المعالجة المركزية. السجلات الأكثر استخداماً هو المجمّع وعداد البرامج وسجل العنوان.

• المستوى الثاني (ذاكرة الكاش).

وهي أسرع ذاكرة, ولها وقت وصول أسرع حيث يتم تخزين البيانات مؤقتاً للوصول بشكل أسرع.

• المستوى الثالث ( الذاكرة الرئيسية).

وهي الذاكرة التي يعمل عليها جهاز الحاسوب حالياً, وهي ذاكرة صغيرة الحجم. بمجرد انقطاع التيار الكهربائي, لن تبقى البيانات في هذه الذاكرة.

• المستوى الرابع (الذاكرة الثانوية).

وهي عبارة عن ذاكرة خارجية, وهي ليست بنفس سرعة الذاكرة الرئيسية, لكن تبقى البيانات بشكل دائم فيها.

3. وظائف ذاكرة التخزين المؤقت.

عندما يحتاج المعالج إلى قراءة أو كتابة موقع في الذاكرة الرئيسية, فإنه يتحقق أولاً من وجود إدخال مطابق في ذاكرة التخزين المؤقت أو الكاش:

• إذا وجد المعالج أن موقع الذاكرة موجود في ذاكرة التخزين المؤقت, تتم قراءة البيانات منها.

• إذا لم يعثر المعالج على موقع الذاكرة في ذاكرة الكاش, فهي تقوم بتخصيص إدخال جديد ونسخ هذه البيانات من الذاكرة الرئيسية, ثم يتم تنفيذ الطلب من محتويات ذاكرة الكاش.

أنواع تعيين ذاكرة التخزين المؤقت Cache Mapping.

يوجد هنالك ثلاثة أنواع مختلفة من التعيين Mapping المستخدمة لغرض ذاكرة التخزين المؤقت, وهي:

• التعيين المباشر Direct Mapping.

تعتبر تقنية التعيين المباشر هي أبسط تقنية, حيث ترسم كل كتلة من الذاكرة الرئيسية في سطر تخزين مؤقت واحد ممكن. أو يتم تعيين كل كتلة ذاكرة في سطر معين في ذاكرة الكاش.

إذا تم استخدام سطر سابقاً بواسطة كتلة ذاكرة عند الحاجة إلى تحميل كتلة جديدة, سيتم التخلص من الكتلة القديمة. ويتم تقسيم مساحة العنوان إلى قسمين: حقل فهرس وحقل علامة. يتم استخدام ذاكرة التخزين المؤقت لتخزين حقل العلامة بينما يتم تخزين الباقي في الذاكرة الرئيسية.

لأغراض الوصول إلى ذاكرة الكاش, يمكن عرض كل عنوان ذاكرة رئيسي على أنه يتكون من ثلاثة حقول, تحدد وحدات البت الأقل أهمية كلمة أو بايتاً فريداً داخل كتلة من الذاكرة الرئيسية. في معظم الأجهزة الحديثة, يكون العنوان على مستوى البايت.

• الذاكرة الترابطية Associative Mapping.

في هذا النوع, تستخدم الذاكرة الترابطية لتخزين المحتوى وعناوين الذاكرة. يمكن لأي كتلة الإنتقال إلى أي سطر من الذاكرة هذا يعني أنه يتم استخدام بتات معرف الكلمة لتحديد الكلمة المطلوبة في الكتلة, لكن العلامة تصبح جميع البتات المتبقية.

يتيح هذا الأمر وضع أي كلمة في أي مكان في ذاكرة الكاش, ويعتبر من أسرع أشكال التعيين Mapping وأكثرها مرونة.

• الذاكرة التجميعية الترابطية Set-associative Mapping.

هذا النوع هو نوع محسن من التعيين المباشر Direct Mapping, حيث تتم إزالة عيوب التعيين المباشر. حيث يتم تجميع بضعة أسطر معاً لإنشاء مجموعة.

بعد ذلك يمكن لكتلة في الذاكرة التعيين إلى أي سطر من سطور مجموعة معينة. يسمح هذا الأمر بأن تحتوي كل كلمة موجودة في ذاكرة الكاش على كلمتين أو أكثر في الذاكرة الرئيسية لنفس عنوان الفهرس.

اقرأ المزيد: ما هي ذاكرة الرام من نوع DDR؟

اقرأ المزيد: تحديث جديد في “إنستجرام” للتركيز على المحتوى الأصلي