حافظه ی Cache و تفاوت آن با RAM

حافظه یکی از عناصر اصلی همه سیستم های کامپیوتری است و انواع مختلفی از آنها وجود دارند. در حالی که برخی از انواع حافظه ها برای کارهای کوتاه مدت و برخی دیگر برای کارهای طولانی مدت تنظیم شده اند، همه ی آنها برای عملکرد نرم افزار و سخت افزار بسیار مهم هستند.

حافظه ی کَش، سخت افزاری است که توسط واحد پردازشگر مرکزی (CPU) کامپیوتر برای کاهش متوسط هزینه (زمان یا انرژی) برای دسترسی به داده ها از حافظه اصلی استفاده می شود. حافظه ی کَش، حافظه ی کوچکتر و سریع تری است که در نزدیکی هسته ی پردازنده قرار دارد و کپی داده ها را از مکان های حافظه ی اصلی، ذخیره می کند. بیشتر CPU ها دارای یک سلسله مراتب از سطوح مختلف حافظه ی کَش هستند.

حافظه ی کَش بین CPU و Main Memory قرار می گیرد. هنگام خواندن یا نوشتن مکانی در حافظه ی اصلی، پردازنده بررسی می کند که آیا داده های مربوط به آن مکان، از قبل در حافظه ی کَش وجود دارد. در این صورت، پردازنده به جای حافظه ی اصلی بسیار کندتر، از حافظه ی کَش می خواند یا می نویسد.

حافظه ی Cache در مقابل RAM

• حافظه ی RAM فرار است و می تواند داده ها را تا زمانی که برق تأمین شود، ذخیره کند. حافظه ی کَش کوچکتر و سریع است.
• اندازه ی RAM بیشتر از حافظه ی کَش است.
• حافظه ی RAM برخلاف کَش، گران قیمت است.
• حافظه ی RAM برنامه ها و داده هایی را که در حال حاضر توسط CPU اجرا می شوند را در خود نگه می دارد. حافظه ی کَش داده هایی را که غالبا توسط CPU مورد استفاده قرار می گیرند، ذخیره می کند.
• حافظه ی RAM در مقایسه با کَش، سرعت کمتری دارد.
• حافظه ی کَش باعث افزایش سرعت دسترسی پردازنده می شود. اما RAM سریعتر از یک Hard Disk، فلاپی دیسک، دیسک فشرده یا هر نوع رسانه ی ذخیره سازی ثانویه است.
• پردازشگر مرکزی یا CPU قبل از خواندن RAM، اطلاعات را از حافظه ی کَش می خواند.
• حافظه ی RAM می تواند داخلی و خارجی باشد، اما به طور کلی حافظه ی کَش داخلی است.

درجه بندی حافظه ی کَش

سطوح درجه بندی شامل L2 ،L1 و L3 می باشد. حافظه ی کَش L1 به طور کلی در تراشه ی پردازنده تعبیه شده است و کوچکترین اندازه را بین این سه مورد دارد که از 8 کیلوبایت تا 64 کیلوبایت متغیر است. با این حال، سریعترین نوع حافظه برای خواندن CPU نیز هست. به طور کلی پردازنده های چند هسته ای، یک حافظه ی کَش جداگانه ی L1 برای هر هسته دارند.

حافظه ی کَش L2 و L3 بزرگتر از L1 هستند و دسترسی به آنها بیشتر طول می کشد. حافظه ی کَش L2 گاهی اوقات بخشی از پردازنده ی مرکزی است، اما اغلب یک تراشه ی جداگانه بین پردازنده و RAM می باشد.

واحدهای پردازش گرافیک (GPU) اغلب دارای یک حافظه ی کَش جداگانه به CPU هستند و این اطمینان را می دهند که GPU به سرعت می تواند عملیات رندر پیچیده را بدون اتکا به RAM سیستم، با سرعت انجام دهد.

منابع:

• https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-ram-and-cache/
• https://www.itpro.co.uk/hardware/30353/what-is-cache-memory
• https://en.wikipedia.org/wiki/CPU_cache