10/06/2019
ما الفرق بين مستويات الكاش ميموري L1,L2,L3
عند محاولة شخص ما لشراء او تجميع جهاز كمبيوتر جديد سيبحث بالطبع عن مواصفات معالج مناسب له وعند السؤال عن مواصفات المعالج يخبرك الشخص الذي تشتري منه ان هذا البروسيسور يحتوي علي ذاكرة كاش ميموري 4 ميجا مثلا وبالطبع معظمنا لا يعي اهمية الكاش ميموري او الذاكرة المخبأة ويقوم باختيار البروسيسور الذي يملك كاش ميموري اعلي فقط دون فهم اهميته لذلك قمنا من قبل بالتعرف على الذاكرة المخبأة Cache Memory واهميتها في سرعة جهازك ويمكنك الرجوع اليه وفهمنا ايضا منه ان ذاكرة الكاش تنقسم احيانا الي 3 مستويات Level 1 وLevel 2 و Level 3 في معظم المعالجات وكذلك عندما تقوم بفحص امكانيات جهازك ببرنامج CPU-z مثلا وتجده يخبرك ان الكاش ميموري عبارة عن L1 وL2 وL3 فاليوم باذن الله سنوضح لك بطريقة سهلة وبسيطة جدا كالعادة ما الفرق بين تلك المستويات الثلاثة للكاش ميموري.
ما هي الكاش ميموري؟
الذاكرة المخبأة Cache Memory ببساطة هي تشبه ذاكرة الرام ولكن حجمها اصغر واسرع في التعامل مع البروسيسور من الرام وتوجد داخل البروسيسور لذلك هي اقرب من البروسيسور بالنسبة للرامات العادية وانت تعلم ان بيانات ومعلومات البرامج التي تقوم بتشغيلها علي جهاز الكمبيوتر الخاص بك يتم تخزينها في الرام ويقوم البروسيسور باستدعائها عند الحاجة اليها ولكن من عادة كل شخص فينا ان يقوم بفتح برنامج ما او عدة برامج اكثر من اي برنامج اخر اي انك تقوم بفتحه باستمرار وفي هذه الحالة يظهر دور الكاش ميموري والتي تقوم بتخزين معلومات تلك البرامج التي تستخدمها باستمرار حتي يسهل علي البروسيسور استدعاءها بسرعة اكبر من اي برنامج اخر ولذلك فهي اسرع من الرام ولكنها اقل حجما لذلك تقوم بتخزين عدد قليل فقط من البيانات والبرامج بداخلها وهذه الذاكرة تنقسم الي 3 مستويات فدعنا نتعرف بوضوح اكثر عن الفرق ببين تلك المستويات الثلاث في الكاش ميموري.
تخيل...
تخيل ان هناك موظفا في احد المكاتب الحكومية ويجلس علي مكتب ملئ بالاوراق من حوله وهناك العديد والعديد من الاوراق حوله وفي كل مكان وهناك في المكتب الذي يجلس عليه درج يحمل فيه مجموعة من الاوراق وتري خلف هذا الموظف دولاب يحتوي علي مجموعة اخري اكبر من الاوراق يعلم الله فقط الي اي تاريخ تعود تلك الاوراق.
وانت الان تذهب الي هذا الموظف ثم تسأله " هل يمكنني الحصول علي ورقة تخصني باسم " ا ب ت " - مثلا - وهنا سيخبرك هل تقصد ا ب ت ؟ حسنا لقد رأيتها في مكان ما هنا علي الطاولة ثم يقوم بالبحث خلال 64 ورقة موضوعين علي المكتب ثم يلتقط ورقة ويشعر انه وجدها اخيرا ثم يدقق النظر ثانية ويندب حظه ليخبرك ان الورقة تخص اب ج وليس ا ب ت ويخبرك انه اسف وانه قد اخطأ وعليك ان تنتظر قليلا حتي يتذكر مكانها بالتحديد ثم يقوم بفتح درج المكتب الذي امامه ويقوم باخراج رزمة من الورق تتكون من 512 ورقة ثم يضعهم علي الطاولة ويبدأ في البحث خلالهم وبعد دقيقتين يخبرك " سيدي , الورقة ليست هنا ايضا . ربما من الافضل ان تأتي غدا " ولكنك تخبره انه امر عاجل وضروري اليوم ثم ينظر اليك بضيق ويأخذ القرار ويذهب الي الدولاب الذي خلفه ويقوم بفتحه ويقوم بالتقليب في مجموعة من 8000 ورقة ثم يأتي بورقة ما ويخبرك ان هذه ربما تكون ورقتك المطلوبة واذا لم تكن كذلك فعليك اذن الذهاب الي الغرفة الخلفية وتبحث عن ورقتك خلال 2 مليون ورقة !! تنظر الي الورقة في يدك .. تحمد الله انها هي وليس عليك ان تبحث بين 2 مليون ورقة ثم تأخذها وتجري بعيدا قبل ان ينادي عليك الموظف ثانية.
خاتمة ومغزي القصة..
حسنا يمكنني ان اخبرك ان الموظف هو البروسيسور , والمساحة التي علي الطاولة والتي يمكنها ان تحمل 64 ( كيلو بايت ) ورقة وقريبة من الموظف والتي يمكنه البحث فيها اسرع من غيرها هي المستوي الاول من الكاش ميموري L1 Cache وبالنسبة الي المساحة التي في درج المكتب والتي يمكنها حمل 512 ( كيلو بايت ) ورقة والتي تأخذ وقتا اكثر قليلا للبحث خلالها تكون هي المستوي الثاني من الكاش ميموري L2 Cache . الدولاب الذي يتواجد خلف الموظف والذي يحتوي علي اكبر سعة في هذه الغرفة (8000 كيلو بايت ) يمثل المستوي الثالث من الكاش ميموري L3 Cache اما بالنسبة الي الغرفة الخلفية المخزن فيها الكمية الاكبر من الاوراق ( 2 جيجا بايت ) هي ذاكرة الرام.
المفهوم التقني لتلك القصة
المستوي الاول والمستوي الثاني والمستوي الثالث من ذاكرة الكاش يشبهون ذاكرة الرام في الكمبيوتر . لقدج تم بناء تلك المستويات لتقليل الوقت الذي يأخذه المعالج لمعالجة البيانات والعمليات المطلوبة وبالنسبة لتركيب تلك المستويات فانه يختلف قليلا بين كل مستوي والاخر فالمستوي الاول مثلا تم تصميمه باستخدام ترانزستورات اكبر حجما ومسارات ودوائر معدنية اوسع لتحويل الطاقة وتلك المساحات الواسعة الي سرعة اكبر في التعامل مع عمليات الجهاز وبالنسبة للمستويات الاعلي فهي اضيق وتستخدم ترانزستورات اقل حجما.
هناك تعقيدات اكثر في هذه القصة مثل حقيقة ان المستوي الثالث من الكاش ميموري له شريحة خاصة به في بعض المعالجات ويمكن لاكثر من معالج البحث عن المعلومات في هذا المستوي , وسرعة الوصول للمعلومات في هذه المستويات عادة ما يستغرق بعض من النانو ثانية وعموما لا يمثل فارق كبير بالنسبة للمستخدم العادي ولكن عالماء الحاسب والمبرمجين الذين يقومون بتطوير وبرمجة البرامج التي تتعامل مع الكثير من العمليات والمعلومات يهمهم هذا الامر وهذا الاختلاف في السرعة قد يمثل لهم اياما او حتي شهورا.
الخلاصة..
ذاكرة الكاش ميموري هي اول ما يلجأ له البروسيسور عند تنفيذ عملية ما علي الكمبيوتر وذلك للحصول علي معلوماته وخصوصا المستوي الاول من الكاش ميموري L1 والذي يكون الاصغر حجما بين المستويات الثلاث ( 2 - 64 كيلو بايت ) لذلك يقوم بحفظ اهم المعلومات فقط ولكنه كذلك اسرع تلك المستويات لانه اقربهم من البروسيسور وبالانتقال الي المستوي الثاني L2 نجد انه اكبر حجما قليلا ( 256-512 كيلو بايت ) ليحمل كمية اكبر من المعلومات ولكنه ابطأ قليلا من المستوي الاول ولكن علي اي حال فهو اسرع من المستوي الثالث L3 الذي هو اكبرهم حجما ( 1-8 ميجا بايت ) ولكنه غالبا ما يكون في شريحة ابعد قليلا من البروسيسور فلذلك هو ابطأ تلك المستويات وبالرغم من ذلك فهو اسرع بكثير من ذاكرة الرام التي يلجأ اليها البروسيسور عندما لا يجد ما يحتاجه في تلك المستويات وبالطبع الرام اكبر حجما من الكاش ميموري وعند النظر الي الاكبر حجما من كل ذلك نجد الهارديسك الذي يعتبر المحطة الاخيرة التي يصل اليها البروسيسور في عملية تخزين المعلومات وخصوصا في الـ Paging File وليس علي ان اخبرك انه في غاية البطء بالنسبة لمعالجة المعلومات .. اتمني ان تكون وصلتك المعلومة بكل بساطة .. :)
#منقول
