آخر الأخبار
الذاكرة الخبيئة
ذاكره خبييه
Cache memory - Mémoire cache
الذاكرة الخبيئة
الذاكرة الخبيئة cache memory هي ذاكرة وسيطة سريعة توضع بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة الرئيسة لتسريع أداء مجموعة الحاسوب.
![]() |
الشكل (1) تراتيب الذاكرة في النظام الحاسوبي |
فقد كانت المكونات المتنوعة في الحواسيب الأولى، تتصف ببطء سرعتها. ولكن التقدم التقاني في صناعة المكوِّنات عامةً، والمعالجات خاصةً، أحدث هوة بين سرعة المعالج والذاكرة الرئيسة main memory، وهذا من شأنه الإساءة إلى أداء النظام الحاسوبي إجمالاً. ولردم هذه الهوة، تستخدم النظم الحاسوبية تراتيباً للذاكرة hierarchy بحيث يتبادل المعالج في أغلب الأحيان المعلومات مع ذاكرة صغيرة الحجم وسـريعة تقع في أعلى هرم التراتيب، هي الذاكرة الخبيئة، ولا يُضطر إلى التعامل مع الذاكرة الرئيـسة الكبيرة الحجم والبطيئة إلا في حالات معينة (الـشكل-1).
والذاكرة الخبيئة لغة هي مكان مخفي يُحفظ بداخله المال أو المؤن أو الذخيرة. وقد استعير لفظ الذاكرة الخبيئة في علوم الحاسوب للدلالة إلى ذاكرة تحفظ المعلومات، وتتجدد محتوياتها باستمرار.
مبادئ عمل الذاكرة الخبيئة
تعتمد هذه الذاكرة في عملها على خاصتين تتسم بهما معظم البرامج الحاسوبية هما :
1- المحلية الزمانية: وتدل على أن احتمال إعادة تنفيذ تعليمة ما، بعد أن اكتمل تنفيذها للتو، مرتفع بسبب حلقات التكرار.
2- المحلية المكانية: وتعني أن احتمال النفاذ إلى تعليمات تجاور التعليمة المنفذة حالياً مرتفع.
الأنواع الأساسية للذاكرة الخبيئة
تُبنى الذاكرة الخبيئة من رقاقات ذاكرة سكونية static memory سريعة. وقد تُكامَل الذاكرة الخبيئة مع رقاقة وحدة المعالجة المركزية لتقليص زمن النفاذ، وتسمى عندئذٍ بالذاكرة الخبيئة الأساسية. وتوضع عادة ذواكر خبيئة أكبر حجماً وأقل سرعة خارج الرقاقة، وتسمى بالذاكرة الخبيئة الثانوية. وقد تُستخدم في الحواسيب ذاكرة خبيئة واحدة لتخزين المعطيات والتعليمات لتسهيل التصميم، وتسمى عندها بالذاكرة الخبيئة الموحدة. وقد تُفصل ذاكرة خبيئة المعطيات عن التعليمات بهدف رفع الأداء على حساب تعقيد التصميم، وتسمى عندئذٍ بالذاكرة الخبيئة المشطورة.
تُنظم الذاكرة الخبيئة داخلياً في سطور lines (أو بلوكات blocks)، بحيث يضم كل سطر مجموعة بايتات bytes، يمكن النفاذ إلى أي منها إفرادياً. وتُقابَل سطور الذاكرة الخبيئة مع كتل الذاكرة الرئيسة وفق واحد من أشكال ثلاثة:
1ـ الذاكرة الخبيئة ذات التقابل المباشر direct memory mapping: يقابل فيها كل سطر كتلة معينة في الذاكرة الرئيسة. وتشترك عدة كتل في الذاكرة الرئيسة بالتقابل مع السطر ذاته في الذاكرة الخبيئة. تعدّ هذه التقنية الأبسط من حيث المفهوم والإنجاز، ولكنها تعاني من قلة المرونة. تنظر هذه الذاكرة الخبيئة إلى أي عنوان ذاكرة رئيسة كقيمة مؤلفة من حقل كلمة/بايت word/byte لتحديد الكلمة المطلوبة من سطر الذاكرة الخبيئة، ويشير حقل السطر/البلوك إلى السطر المطلوب فيها، وحقل أمارة tag لتمييز السطر ويُخزن مع المعطيات (الشكل -2).
2ـ الذاكرة الخبيئة التجميعية associative memory mapping: يمكن هنا تخزين أي موضع ذاكرة رئيسة في أي سطر منها. تتطلب هذه التقنية، وهي الأشد تعقيداً، خوارزميات بحث معقدة للتحقق من وجود الكلمة المطلوبة في الذاكرة الخبيئة، ويؤدي ذلك إلى انخفاض الأداء. ولكن تقدم هذه الذاكرة الخبيئة معدل الإصابة hit rotio الأعلى نظرياً بسبب تعدد الخيارات المتاحة أمام أي عنوان ذاكرة رئيسية. يُنظر في هذه الذاكرة الخبيئة إلى أي عنوان ذاكرة رئيسية كقيمة ذات حقل كلمة/بلوك وأمارة (الشكل -3).
![]() | ![]() |
الشكل (2) بنية الذاكرة الخبيئة ذات التقابل المباشر | الشكل (3) التنظيم الداخلي لذاكرة خبيئة تجميعية |
![]() |
الشكل (4) البنية الداخلية لذاكرة خبيئة تجميعية في مجموعات |
![]() |
الشكل (5) آلية القراءة من الذاكرة الخبيئة |
3- الذاكرة الخبيئة التجميعية في مجموعات ذات ممر way block associative mapping: وهو تصميم يتوسط الحلين السابقين. إذ تُقسم الذاكرة الخبيئة إلى مجموعات ذات سطر، ويمكن تخزين أي عنوان ذاكرة رئيسة في أي سطر من المجموعة. وهي ذات أداء أعلى من ذاكرة خبيئة التقابل المباشر، وأدنى من الذاكرة الخبيئة الكاملة التجميع ولكنها أبسط إنجازاً. يُنظر إلى عناوين الذاكرة الرئيسة كقيم مؤلفة من حقل كلمة ومجموعة وأمارة. تشير المجموعة حقل إلى المجموعة التي يمكن التخزين فيها (الشكل -4).
يشمل تبادل المعلومات مع الذاكرة الخبيئة عمليتين أساسيتين هما: القراءة منها والكتابة فيها، وفيما يلي شرح لهما:
1- القراءة: عندما يحتاج المعالج إلى معلومات من الذاكرة الرئيسة، يُبحث عن العنوان المطلوب في الذاكرة الخبيئة أولاً. فإذا عُثر عليه، أُرسلت المحتويات إلى المعالج، ويسمى ذلك بالإصابة hit. وإذا لم تحتوِ الذاكرة الخبيئة على المطلوب، تحدث حالة إخفاق miss، وتُجلب عندئذٍ المعلومات من الذاكرة الرئيسة وتُخزن في سطر الذاكرة الخبيئة. ومن ثمَّ، يحصل المعالج على المعلومات المطلوبة من الذاكرة الخبيئة (الشكل -5)، وذلك يسمح بإتمام عمليات القراءة اللاحقة من الذاكرة الخبيئة، تبعاً لمبدأي المحلية الزمانية والمكانية.
2- الكتابة: عندما يرغب المعالج في كتابة معلومات في الذاكرة الرئيسة، يمكن اتباع أحد الأسلوبين الآتيين:
ـ الكتابة خلالاً أو اجتيازاً write through: تُكتب المعلومات في الذاكرة الرئيسة وفي الذاكرة الخبيئة معاً، وتُعدّ هذه الطريقة بطيئة بسبب ضرورة الكتابة دوماً في الذاكرة الرئيسة، ولكنها أسهل تنفيذاً.
ـ الكتابة خلفاً write back: لا تُكتب المعلومات في الذاكرة الرئيسة إلا بعد استبعاد سطر الذاكرة الخبيئة الذي تغير محتواه. وهي طريقة أكثر فعالية، لأنها تحد من النفاذ إلى الذاكرة الرئيسة. وإذا امتلأت الذاكرة الخبيئة، يُنتقى أحد أسطر الذاكرة الخبيئة لاستبعاده منها تبعاً لعدة استراتيجيات أشهرها سياسة الاستخدام الأقل حداثة LRU، إذ يُخرج السطر الذي لم تُستخدم معلوماته منذ مدة، هي الأطول بين بقية الأسطر.
مميزات الذاكرة الخبيئة:
1- معدل الإصابة: يمثل نسبة عمليات النفاذ التي تتحقق في الذاكرة الخبيئة من دون اللجوء إلى الذاكرة الرئيسة. يتعلق هذا المعدل بحجم الذاكرة الخبيئة، وطول السطر فيها، وطبيعة البرنامج المنفَّذ، وتتابع العناوين التي ينفذ إليها المعالج.
2- معدل الإخفاق: وهو نسبة عمليات النفاذ التي لا يحصل فيها المعالج على المعلومات المطلوبة من الذاكرة الخبيئة.
3- عرض الحزمة: ويُقدر عادة بالغيغا بايت، وهو يمثل عرض المسرى مضروباً بسرعة الميقاتية.
4- زمن النفاذ الوسطي: ويعطى بالعلاقة {1}،:حيث تمثل غرامة الإخفاق المدة الزمنية اللازمة لجلب المعلومات من الذاكرة الرئيسة لملء سطر الذاكرة الخبيئة.
ولتقليص زمن النفاذ الوسطي إلى المعلومات، تلجأ النظم الحاسوبية إلى وضع عدة مستويات من الذاكرة الخبيئة، يرمز إليها بالرموز: L3, L2, L1 ونحوها. وفي حالة استخدام ذاكرة خبيئة ذات مستويين، يعطى زمن النفاذ الوسطي بالعلاقة {2}:
زمن النفاذ = معدل الإصابة × زمن النفاذ إلى الذاكرة الخبيئة + معدل الإخفاق × غرامة الإخفاق | {1} |
زمن النفاذ = معدل الإصابة L1 × زمن النفاذ إلى الذاكرة الخبيئة L1+ معدل الإخفاق × L1 (معدل الإصابة L2× زمن النفاذ إلى الذاكرة الخبيئة L2 + معدل الإخفاق × L2 غرامة الإخفاق L2) | {2} |
ويشار إلى أن معالجات الحواسيب الشخصية تطبق عدة مستويات للذاكرة الخبيئة لرفع أدائها. فالمعالج Pentium III يستخدم ذاكرة خبيئة L1 سعتها 32 كيلو بايت، وهي تجميعية في مجموعات ذات 4 ممرات. أما الذاكرة الخبيئة L2 فسعتها 512كيلوبايت وهي تجميعية في ممرين. وقد أضيف إلى المعالج Itanium 2، المخصص لنظم المخدّمات servers، مستوى ذاكرة خبيئة L3 سعتها 6 ميغا بايت.
محمد نوار العوا
الموضوعات ذات الصلة: |
الحاسوب ـ الذاكرة في الحواسيب.
مراجع للاستزادة: |
- H.P.MESSMER, The indispensable PC Hardware Book (Addison-Wesley Publishers 1995).
- J.CARPINELLI, Computer Systems: Organization & Architecture (Addison-Wesley 2001).
- W.STALLINGS, Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, (Prentice Hall 2000).
- التصنيف : التقنيات (التكنولوجية) - النوع : تقانة - المجلد : المجلد التاسع - رقم الصفحة ضمن المجلد : 609 مشاركة :
متنوع
البحوث الأكثر قراءة
هل تعلم؟
- - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات
- - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،
- - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.
- - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش
- هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب
- - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين
- - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك
- عدد الزوار حالياً 855
- الكل 76597045
- اليوم 33361
اخترنا لكم
غراثيان (بالتاسار اي مورالس-)
غراثيان (بالتاساراي موراليس ـ) (1601ـ 1658) بالتاسار اي مورالِس غراثيان Baltasar y Morales Gracián، فيلسوف وكاتب إسباني، ولد في بلمونتِه دي كلاتايود Belmonte de Clatayud في إسبانيا وتوفي في تاراغونا Tarragona، وهو من أهم كتاب عصر الباروك وعُرف رائداً من رواد تحديث اللغة، وقد انتشرت أعماله في أنحاء أوربا وتركت كبير الأثر في كبار الكتاب والفلاسفة من أمثال نيتشه وڤولتير وشوبنهاور. كان أبوه طبيباً لكنه عاش في كنف عمه رجل الدين. تلقى تعليمه في المراحل الأولى من عمره في كلاتايود وفي المدرسة اليسوعية في سرقسطة Zaragoza، ثم انتسب في سن الثامنة عشرة إلى جماعة الأخوة اليسوعيين. درس الفلسفة بين عامي 1621 و1623 في كلية اللاهوت في سرقسطة ثم دخل الكهنوتية عام 1627. درّس الفلسفة في مدارس يسوعية عدة وأصبح بعد ذلك رئيساً لكلية اليسوعيين في تاراغونا عام 1646 التي شغل فيها مناصب تعليمية تربوية. سافر إلى مدريد عام 1640 وألقى خطباً وعظية ونقدية هناك فلقب بالخطيب الواعظ.
أوكرانية (اللغة)
أوكرانية اللغة الأوكرانية اللغة الأوكرانية Ukrainian هي اللغة القومية التي يتكلمها الشعب الأوكراني في جمهورية أوكرانية وخارجها، نشأت وتطورت مع نشأة الشعوب السلافية وتطورها. فاللغة الأوكرانية تؤلف مع اللغتين الروسية والبيلوروسية الفرع الشرقي من مجموعة اللغات السلافية التي تنتمي إلى ماشاعت تسميته بأسرة اللغات الهندية ـ الأورُبية. وترجع أصول اللغة الأوكرانية إلى اللغة الروسية القديمة في لهجاتها الجنوبية والجنوبية الغربية.