حافظه کش پردازنده چیست؟ با انواع حافظه Cache آشنا شوید

حافظه کش در پردازنده ها بخشی مهم و حیاتی که بدون شک بسیاری از علاقمندان دنیای سخت افزار نیازمند آشنایی با آن هستند. تفاوت نمی کند که گیمر هستید که مشغول بازی بوده و یا یک کاربر ورک استیشن؛ در هر صورت حافظه کش یا همان Cache در CPU شما به عنوان بخش هایی حیاتی مشغول به کار هستند. با مازستا همراه باشید تا بگوییم حافظه کش پردازنده چیست و با انواع حافظه Cache آشنا شوید.

حافظه کش (Cache) پردازنده چیست؟

در طراحی و ساخت معماری پردازنده‌های مرکزی (CPU)، حافظه‌های کش (Cache) نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کنند. حافظه کش، یک حافظه سریع و نزدیک به پردازنده است که برای ذخیره سازی داده‌ها و دسترسی سریع به آن‌ها استفاده می‌شود. با استفاده از حافظه کش، سرعت و کارایی سیستم‌های پردازشی بهبود می‌یابد. شایان ذکر است که مباحث حافظه کش پردازنده ها بسیار گسترده بوده و در این مطلب تنها به معرفی اجمالی آنها خواهیم پرداخت.

معرفی انواع حافظه Cache پردازنده ها

در معماری پردازنده‌های مرکزی، معمولاً از چندین سطح حافظه کش استفاده می‌شود. هر سطح از حافظه کش دارای ویژگی‌ها و خصوصیات خاص خود است. در ادامه، به معرفی انواع حافظه کش پرداخته خواهد شد:

• حافظه کش سطح یک (L1 Cache)

حافظه کش سطح یک یا کش دیک‌ترین حافظه کش به پردازنده است و معمولاً درون هسته‌های پردازشی موجود در یک پردازنده است. این حافظه کش به دلیل نزدیکی به پردازنده، باعث بهبود سرعت دسترسی به داده‌ها می‌شود. حافظه کش L1 دارای دو بخش دستورات (Instruction) و داده‌ها (Data) است و هر کدام دارای حجم محدودی برای ذخیره سازی داده‌ها هستند.

• حافظه کش سطح دو (L2 Cache)

حافظه کش سطح دو بزرگتر از حافظه کش سطح یک است و معمولاً به عنوان حافظه کش مشترک بین هسته‌های پردازشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. حافظه کش L2 از حافظه کش L1 پرسرعت‌تر است و حجم ذخیره سازی بیشتری نیز دارد.

• حافظه کش سطح سه (L3 Cache)

حافظه کش سطح سه بزرگترین سطح حافظه کش در یک سیستم است. این حافظه کش معمولاً بین هسته‌های پردازشی موجود در یک چیپ پرداز‌نده قرار می‌گیرد و به عنوان حافظه کش مشترک بین این هسته‌ها عمل می‌کند. حافظه کش L3 از نظر سرعت دسترسی کمتر از حافظه کش‌های L1 و L2 است، اما ظرفیت ذخیره سازی بیشتری دارد.

• حافظه کش سطح چهار (L4 Cache)

حافظه کش سطح چهار نسل جدیدی از حافظه‌های کش است که در برخی پردازنده‌های مدرن استفاده می‌شود. حافظه کش L4 به عنوان حافظه کش مشترک بین چندین چیپ پردا‌زنده در سطح سیستم استفاده می‌شود. این حافظه کش برای بهبود هماهنگی بین چیپ‌های پرداز‌نده و کاهش دسترسی به حافظه اصلی (Main Memory) استفاده می‌شود.

((تصویر 4))

حافظه‌های کش در معماری پردازنده‌های مرکزی نقش بسیار مهمی را در بهبود عملکرد و کارایی سیستم‌های پردازشی ایفا می‌کنند. انواع حافظه‌های کش از سطح یک تا سطح چهار به ترتیب بر اساس فاصله آن‌ها از پردازنده و ظرفیت ذخیره سازی تفاوت‌هایی دارند. با استفاده از این حافظه‌ها، سرعت دسترسی به داده‌ها بهبود یافته و کارایی سیستم بهبود می‌یابد.

همچنین باید اضافه کنیم که کارت های گرافیک یا همان GPU نیز دارای حافظه های کش بوده و عملکرد آنها نیز بی ارتباط با پردا‌زنده (CPU) نیست. حافظه های Cache گران قیمت و با طراحی بسیار حساس هستند و نمی توان ظرفیت آنها از مقداری مشخص بالا برد.