كش cpu | حافظه کش سی پی یو چیست و چگونه کار می‌کند؟

CPU Cache همان حافظه نهان سی پی یو است. نوعی حافظه سخت افزاری که برای کاهش هزینه ها چه از نظر زمانی و انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این قطعه سرعت بیشتری نسبت به حافظه رم دارد و باعث می‌شود تا پردازنده برای دسترسی به اطلاعات سریع‌تر عمل کند. این قطعه برای داده‌هایی که به صرت تکراری و مداوم استفاده می‌شوند کاربرد دارد و چون نسبت به رم موقعیت نزدیک تری به CPU دارد در هر زمانی و بدون اتلاف وقت، اطلاعات را به پردازنده می‌رساند.

كش cpu چیست؟

به طور کلی 3 نوع حافظه درسیستم وجود دارد که عبارتند از: حافظه پنهان یا حافظه CPU Cache، حافظه اصلی یا همان رم، و حافظه ثانویه که می‌تواند هارد SSD یا هارد دیسک باشد. پردازنده بسیار سریع است و به دلیل عدم توانایی رم در هماهنگی با سرعت پردازنده، حافظه نهان سی پی یو یا همان کش CPU در دهه 80 میلادی بوجود آمد.

پیشنهاد مطالعه:انواع CPU

ورودی های کش

داده ها بین حافظه و حافظه نهان در بلوک هایی با اندازه ثابت منتقل می شوند.

که خطوط کش یا بلوک های کش نامیده می شوند. هنگامی که یک خط کش از حافظه به کش کپی می شود، یک ورودی کش ایجاد می شود.

ورودی حافظه نهان شامل داده های کپی شده و همچنین مکان حافظه درخواستی (که برچسب نامیده می شود) خواهد بود.

هنگامی که پردازنده نیاز به خواندن یا نوشتن مکانی در حافظه دارد، ابتدا یک ورودی مربوطه را در حافظه پنهان بررسی می کند.

حافظه پنهان محتویات مکان حافظه درخواستی را در هر خط کشی که ممکن است حاوی آن آدرس باشد، بررسی می کند.

اگر پردازنده متوجه شود که مکان حافظه در حافظه نهان است، ضربه حافظه پنهان رخ داده است.

با این حال، اگر پردازنده مکان حافظه را در حافظه پنهان پیدا نکند، حافظه پنهان رخ داده است.

در مورد ضربه حافظه پنهان، پردازنده بلافاصله داده ها را در خط کش می خواند یا می نویسد.

برای از دست دادن حافظه پنهان، حافظه پنهان یک ورودی جدید را اختصاص می دهد و داده ها را از حافظه اصلی کپی می کند، سپس درخواست از محتویات کش انجام می شود.

اگر قصد خرید یک سی پی یو سرور قدرتمند را دارید پیشنهاد ما به شما سی پی یو سرور اینتل مدل زئون ای5 2680 وی 4 است.

عملکرد حافظه پنهان (CPU cache)

اندازه‌گیری عملکرد حافظه پنهان در زمان‌های اخیر که شکاف سرعت بین عملکرد حافظه و عملکرد پردازنده به طور تصاعدی در حال افزایش است، اهمیت پیدا کرده است.

کش برای کاهش این شکاف سرعت معرفی شد.

بنابراین دانستن اینکه حافظه نهان چقدر می‌تواند شکاف در سرعت پردازنده و حافظه را پر کند، به ویژه در سیستم‌های با کارایی بالا مهم می‌شود.

نرخ ضربه کش و نرخ از دست دادن حافظه پنهان نقش مهمی در تعیین این عملکرد دارند.

برای بهبود عملکرد حافظه نهان، کاهش نرخ از دست دادن یکی از مراحل ضروری در میان سایر مراحل است.

کاهش زمان دسترسی به کش نیز عملکرد آن را افزایش می دهد.

انواع CPU Cache

انتقال اطلاعات از کش در سه سطح انجام می‌شود: سطح یک (L1 cache)، سطح دو (L2 cache) و سطح سه (L3 cache). انتقال اطلاعات از رم به کش از سطح سه و بالعکس دسترسی اطلاعات از CPU به رم از سطح یک انجام می‌شود. یعنی اول به سطح L1 مراجعه کرده و در صورت خالی بودن به اطلاعات به سطح های بعدی می‌رود.

حافظه کش سطح یک (L1 cache): این سطح، نزدیک‌ترین سطح حافظه کش نسبت به پردازنده مرکزی و همچنین، سریعترین آن‌هاست. حافظه کش سطح اول معمولاروی خود CPU تعبیه می شود.

حافظه کش سطح دو (L2 cache): سرعت این سطح از حافظه کش از سطح اول که توضیح دادیم کمتر است اما ظرفیت بیشتری دارد: از چندصد کیلوبایت تا چند مگابایت.

حافظه کش سطح سه (L3 cache): این سطح بزرگ‌تر اما کندتر از دو سطح قبل است، اما همچنان سریع‌تر از حافظه رم عمل می‌کند: از چند مگابایت تا چندده مگابایت.

CPU متوقف می شود

زمان صرف شده برای واکشی یک خط کش از حافظه (تأخیر خواندن به دلیل از دست دادن حافظه پنهان) مهم است، زیرا CPU در زمان انتظار برای خط کش، کارهایی که باید انجام دهد تمام می شود.

هنگامی که یک CPU به این حالت می رسد، به آن Stall می گویند.

از آنجایی که پردازنده‌ها در مقایسه با حافظه اصلی سریع‌تر می‌شوند، توقف‌ها به دلیل از دست دادن حافظه پنهان، محاسبات بالقوه بیشتری را جایگزین می‌کنند.

CPU های مدرن می توانند صدها دستورالعمل را در مدت زمان لازم برای واکشی یک خط کش از حافظه اصلی اجرا کنند.

تکنیک های مختلفی برای مشغول نگه داشتن CPU در این مدت استفاده شده است،

از جمله اجرای خارج از نظم که در آن CPU سعی می کند دستورالعمل های مستقل را پس از دستورالعملی که منتظر داده های از دست رفته حافظه پنهان است، اجرا کند.

فناوری دیگری که توسط بسیاری از پردازنده‌ها استفاده می‌شود،

چند رشته‌ای همزمان (SMT) است که به یک رشته جایگزین اجازه می‌دهد تا از هسته CPU استفاده کند.

در حالی که اولین رشته منتظر می‌شود تا منابع CPU مورد نیاز در دسترس قرار گیرد.

مزایای استفاده از CPU Cache یا حافظه نهان سی پی یو

• بهبود عملکرد برنامه‌های کاربردی
• کاهش هزینه پایگاه داده
• عملکرد قابل پیش‌بینی برنامه‌ها
• حذف هات اسپات‌های پایگاه داده
• افزایش سرعت پردازنده

سوالات متداول (FAQ)

1) CPU Cache چیست؟

CPU Cache همان حافظه نهان سی پی یو است. نوعی حافظه سخت افزاری که برای کاهش هزینه ها چه از نظر زمانی و انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این قطعه سرعت بیشتری نسبت به حافظه رم دارد و باعث می‌شود تا پردازنده برای دسترسی به اطلاعات سریع‌تر عمل کند.

2) کار CPU Cache چیست؟

حافظه کش که از رم سریغ تر است، با الگوریتم‌های خاصی داده‌هایی را که به طور تکراری و چندین بار استفاده شده‌اند را در خود ذخیره می‌کند تا در صورت نیاز دوباره به آن‌ها، پردازنده به جای رم به حافظه کش رجوع کند و زمان کمتری اتلاف شود. حافظه کش CPU عملیات سیستم را تسریع می‌بخشد.

برای خرید سرور اچ پی و تجهیزات شبکه با بهترین قیمت و ضمانت اصل بودن کالا با مشاورین ما تماس حاصل فرمایید.