كيف تعمل ذاكرة التخزين المؤقت على تسريع معالجة الكمبيوتر؟

ذاكرة التخزين المؤقت ، وهي جهاز تخزين بيانات عالي السرعة ، هي المكان الذي يخزن فيه المعالج الدقيق البيانات التي يستخدمها في أغلب الأحيان. تمامًا مثلما تضع أدوات المطبخ الخاصة بك على طاولة المطبخ أثناء تناول الطعام ، يضع الكمبيوتر البيانات التي يحتاجها لاستخدامها في تطبيق معين في ذاكرة التخزين المؤقت الخاصة به. إذا ظهرت تطبيقات جديدة تتطلب استخدامًا كثيفًا لبيانات مختلفة ، فسيقوم المعالج الدقيق بإحضار بيانات جديدة إلى ذاكرة التخزين المؤقت حتى يتمكن من أداء المهام التي تتطلب هذه البيانات بشكل أكثر كفاءة.

تم تصميم ذاكرة الكمبيوتر في تسلسل هرمي. يتم تصنيف كل وحدة نمطية في التسلسل الهرمي وفقًا للمدة التي تستغرقها للوصول إلى البيانات من نوع معين من وحدات الذاكرة. يستغرق أقل قدر من الوقت للمعالج الدقيق للوصول إلى البيانات من ذاكرة التخزين المؤقت. تستغرق الذاكرة الرئيسية ، التي يتم إنشاؤها غالبًا باستخدام شرائح ذاكرة DRAM ، وقتًا أطول للوصول إلى البيانات مقارنة بالذاكرة المؤقتة. ستستغرق ذاكرة الفلاش ، التي تم إنشاؤها باستخدام رقائق ذاكرة فلاش ، وقتًا أطول ، بينما تستغرق البيانات الموجودة على محرك الأقراص ، والتي غالبًا ما تسمى الذاكرة الافتراضية ، الأطول على الإطلاق.

تحدد سرعة ساعة المعالج الحد الأقصى لمعدل تنفيذ المعالجات للتعليمات. رقائق ذاكرة التخزين المؤقت ، نظرًا لأنها مصممة لتقديم الإرشادات أو البيانات بأسرع ما يمكن للمعالج الدقيق الاستفادة منها ، مما يسمح بتشغيل المعالجات الدقيقة بأقصى سرعة. إذا كانت الإرشادات والبيانات موجودة في ذاكرة التخزين المؤقت وليست في الذاكرة الرئيسية أو ذاكرة محرك الأقراص ، فيمكن للمعالج أن يعمل بأقصى سرعة ساعة محددة للمعالج.

تستخدم جميع أجهزة الكمبيوتر خوارزميات إدارة الذاكرة التي تخزن البيانات والتعليمات بحيث يمكن الوصول إلى البيانات والتعليمات المستخدمة في أغلب الأحيان بأسرع طريقة ممكنة. إذا كان الكمبيوتر يحتوي على ذاكرة تخزين مؤقت ، فسيقوم المعالج الدقيق بوضع البيانات والإرشادات التي يستدعيها في أغلب الأحيان في ذاكرة التخزين المؤقت عالية السرعة. تقوم خوارزمية ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج الدقيق بوضع علامات على البيانات والتعليمات مع بتات البيانات التي تستخدمها لتحديد البيانات والتعليمات المستخدمة في أغلب الأحيان. تقوم خوارزمية ذاكرة التخزين المؤقت أيضًا بنقل البيانات والإرشادات من ذاكرة التخزين المؤقت التي لم تعد تُستخدم بكثافة لإبطاء سرعة الذاكرة الرئيسية.

يعد حجم ذاكرة التخزين المؤقت عالية السرعة عاملاً رئيسيًا في تحديد مقدار زيادة سرعة الكمبيوتر. نظرًا لأنه يمكنهم تخزين الكثير من البيانات في ذاكرتهم عالية السرعة ، تعمل ذاكرات التخزين المؤقت الكبيرة جدًا على تحسين سرعة معالجة الكمبيوتر أكثر بكثير من ذاكرات التخزين المؤقت الأصغر. ومع ذلك ، هناك نقطة تناقص العوائد: في مرحلة ما ، لم تعد ذاكرة التخزين المؤقت الأكبر تقدم مكاسب في سرعة المعالجة التي ستعوض السعر المرتفع لذاكرة تخزين مؤقت أكبر.