دانلود مقاله حافظه Cache

اگر تا کنون برای خود کامپیوتری تهیه کرده باشید ، واژه Cache برای شما آشنا خواهد بود.

کامپیوترهای جدید دارای Cache از نوع L1 و L2 می باشند.

شاید در هنگام خرید یک کامپیوتر از طرف دوستانتان توصیه هائی به شما شده باشد مثلا : سعی کن از تراشه های Celeron استفاده نکنی چون دارای Cache نمی باشند!

Cache یک مفهوم کامپیوتری است که بر روی هر نوع کامپیوتر با یک شکل خاص وجود دارد.

حافظه های Cache ، نرم افزارهای با قابلیت Cache هارد دیسک و صفحات Cache همه بنوعی از مفهوم Caching استفاده می نمایند.

حافظه مجازی که توسط سیستم های عامل ارائه می گردد نیز از مفهوم فوق استفاده می نماید.

مبانی CachingCaching یک تکنولوژی استفاده شده برای زیر سیستم های حافظه ، در کامپیوتر است .

مهمترین هدف یک Cache افزایش سرعت و عملکرد کامپیوتر بدون تحمیل هزینه های اضافی برای تهیه سیستم است .

با استفاده از Cache عملیات کاربران با سرعت بیشتری انجام خواهد شد.

کتابداری را در نظر بگیرید که در یک کتابخانه مسئول تحویل کتاب به متقاضیان است .

فرض کنید در سیستم فوق ( درخواست و تحویل کتاب ) از مفهوم Cache استفاده نمی گردد.

اولین متقاصی کتابی را درخواست می نماید( فرض شده است که متقاضی خود نمی تواند مستقیما کتاب مورد نظر را از قفسه مربوطه ،بردارد) ، کتابدار، کتاب مورد نظر را از قفسه مربوطه پیدا و در ادامه آن را تحویل متقاضی می نماید.

متقاضی پس از 90ساعاتی مراجعه و کتاب را تحویل می دهد.

کتابدار، کتاب تحویلی را مجددا در قفسه مربوطه قرار می دهد.

پس از لحظاتی یک متقاضی دیگر مراجعه و همان کتاب قبلی را درخواست می نماید ، کتابدار مجددا می بایست به بخش مربوطه در کتابخانه مراجعه و پس از بازیابی کتاب ، آن را در اختیار متقاضی دوم قرار دهد.همانگونه که ملاحظه می گردد ، کتابدار مکلف است برای تحویل هر کتاب ( ولو کتاب هائی که فرکانس استفاده از آنان توسط متقاضیان زیاد باشد ) به بخش مربوطه مراجعه و پس از یافتن کتاب آن را در اختیار متقاضیان قرار دهد.

آیا روشی وجود دارد که با استناد به آن بتوان عملکرد و کارآئی کتابدار را بهبود بخشید ؟

در پاسخ به سوال فوق می توان با ایجاد یک سیستم Cache برای کتابدار ، کارآئی آن را افزایش داد.

فرض کنید بخشی را با ظرفیت حداکثر ده کتاب در مجاورت ( نزدیکی ) کتابدار آماده نمائیم .

کتاب هائی که توسط متقاضیان برگردانده می شود، در بخش فوق ذخیره خواهند شد.

مثال فوق را با در نظر گرفتن سیستم Cache ایجاد شده برای کتابدار مجددا دنبال می نمائیم .

در ابتدای فعالیت روزانه ، بخش Cache خالی بوده و هنوز در آن کتابی قرار نگرفته است .

اولین متفقاصی مراجعه و کتابی را درخواست می نماید .

کتابدار می بایست به بخش مربوطه مراجعه و کتاب را از قفسه مربوطه براشته و در اختیار متقاضی قرار دهد.

متقاضی پس از تحویل کتاب ، چند ساعت بعد مراجعه و کتاب را تجویل کتابدار خواهد داد.

کتابدار، کتاب تحویلی را در بخش پیش بینی شده برای Cache قرار می دهد.

لحظاتی بعد متقاضی دیگر مراجعه و درخواست همان کتاب را می نماید .کتابدار در ابتدا بخش مربوط به Cache را جستجو و در صورت یافتن کتاب ، آن را به متقاضی تحویل خواهد داد.

در این حالت ضرورتی به مراجعه کتابدار به بخش و قفسه های مربوطه نخواهد بود.

در روش فوق زمان تحویل کتاب به متقاضی بهبود چشمگیری پیدا خواهد کرد.

در صورتیکه کتاب درخواستی توسط متقاضی در بخش Cache کتابخانه نباشد ، چه اتفاقی خواهد افتاد؟

در ابتدا مدت زمانی صرف خواهد شد که کتابدار به این اطمینان برسد که کتاب درخواستی در بخش Cache موجود نمی باشد ( جستجو) یکی از چالش های اصلی در رابطه با طراحی Cache به حداقل رساندن زمان جستجو در Cache است .سخت افزارهای جدید ، زمان فوق را به صفر نزدیک کرده اند.

پس از حصول اطمینان از عدم وجود کتاب در بخش Cache ، کتابدار می بایست با مراجعه به بخش مربوطه آن را انتخاب و در ادامه در اختیار متقاضی قرار دهد.

با توجه به مثال فوق ، چندین نکته مهم در رابطه با Cache استنباط می گردد:
تکنولوژی Cache ، استفاده از حافظه های سریع ولی کوچک ، به منظور افزایش سرعت یک حافظه کند ولی با حجم بالا است
زمانیکه از Cache استفاده می گردد ، در ابتدا می بایست محتویات آن به منظور یافتن اطلاعات مورد نظر بررسی گردد.

فرآیند فوق را Cache hit می گویند.

در صورتیکه اطلاعات مورد نظر در Cache موجود نباشند (Cache miss) ، کامپیوتر می بایست در انتظار تامین داده های خود از حافظه اصلی سیستم باشد ( حافظه ای کند ولی با حجم بالا ) اندازه Cache محدود بوده وسعی می گردد که ظرفیت فوق حتی المقدور زیاد باشد ، ولی بهرحال اندازه آن نسبت به رسانه های ذخیره سازی دیگر بسیار کم است .

این امکان وجود خواهد داشت که از چندین لایه Cache استفاده گردد.

Cache در کامپیوتر کامپیوتر، ماشینی است که زمان انجام کارها توسط آن با واحدهای خیلی کوچک اندازه گیری می گردد.زمانیکه ریزپردازنده قصد دستیابی به حافظه اصلی را داشته باشد، می بایست مدت زمانی معادل 60 نانوثانیه را برای این کار در نظر بگیرد.

سرعت فوق بسیار بالا است ولی سرعت ریزپردازنده بمراتب بیشتر است .

ریزپردازنده قادر به داشتن سیکل هائی به اندازه دو نانوثانیه است .

تفاوت سرعت بین پردازنده و حافظه کاملا مشهود بوده و قطعا رضایت پردازنده در این خصوص کسب نخواهد شد.

پردازنده می بایست تاوان کند بودن حافظه را خود بپردازد .

انتظار پردازنده و هرز رفتن زمان مفید وی کوچکترین تاوانی است که می بایست پردازنده پذیرای آن باشد.

به منظور حل مشکل فوق ، فرض کنید از یک نوع حاص حافظه، با ظرفیت کم ولی با سرعت بالا ( 30 نانوثانیه ) ، استفاده گردد .

زمانیکه از Cache استفاده می گردد ، در ابتدا می بایست محتویات آن به منظور یافتن اطلاعات مورد نظر بررسی گردد.

تفاوت سرعت بین پردازنده و حافظه کاملا" مشهود بوده و قطعا" رضایت پردازنده در این خصوص کسب نخواهد شد.

سرعت دستیابی به حافظه فوق دو مرتبه سریعتر نسبت به حافظه اصلی است .این نوع حافظه راL2 Cache می نامند.

فرض کنید از یک حافظه بمراتب سریعتر ولی با حجم کمتر استفاده و آن را مستقیما" با پردازنده اصلی درگیر نمود.

سرعت دستیابی به حافظه فوق می بایست در حد و اندازه سرعت پردازنده باشد .این نوع حافظه ها را L1 Cache می گویند.

در کامپیوتر از زیرسیستمهای متفاوتی استفاده می گردد.از Cache می توان در رابطه با اکثر زیر سیستمهای فوق استفاده تا کارآئی آنان افزایش یابد.

تکنولوژی Cacheیکی از سوالاتی که ممکن است در ذهن خواننده این بخش خطور پیدا کند این است که " چرا تمام حافظه کامپیوترها از نوع L1 Cache نمی باشند تا دیگر ضرورتی به استفاده از Cache وجود نداشته باشد؟" در پاسخ می بایست گفت که اشکالی ندارد وهمه چیز هم بخوبی کار خواهد کرد ولی قیمت کامپیوتر بطرز قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت .

ایده Cache ، استفاده از یک مقدار کم حافظه ولی با سرعت بالا( قیمت بالا) برای افزایش سرعت و کارآئی میزان زیادی حافظه ولی با سرعت پایین ( قیمت ارزان ) است .

در طراحی یک کامپیوتر هدف فراهم کردن شرایط لازم برای فعالیت پردازنده با حداکثر توان و در سریعترین زمان است .

یک تراشه 500 مگاهرتزی ، در یک ثانیه پانصد میلیون مرتبه سیکل خود را خواهد داشت ( هر سیکل در دونانوثانیه ) .

بدون استفاده از L1 و L2 Cache ، دستیابی به حافظه حدودا" 60 نانوثانیه طول خواهد کشید.

بهرحال استفاده از Cache اثرات مثبت خود را بدنبال داشته و باعث بهبود کارآئی پردازنده می گردد.اگر مقدار L2 Cache معادل 256 کیلو بایت و ظرفیت حافظه اصلی معادل 64 مگابایت باشد ، 256000 بایت مربوط به Cache با استفاده از روش های موجود قادر به Cache نمودن 64000000 بایت حافظه اصلی خواهند بود.

بهینه سازی استفاده ویندوز برای حافظه cpu آیا تا به حال به این قضیه که حافظه ای که در CPU های مدرن امروزی به چشم میخورد و با نام CPU Cache شناخته میشود ، چیست و چه کارایی دارد ، فکر کرده اید؟

این موضوعی است که شاید بارها با آن برخورد داشته اید ، اما هر بار تنها سرعت CPU بوده است که نظر شما را به خودش جلب نموده است و از این مورد غافل شده اید.

در این مقاله من قصد ندارم شما را به صورت کامل و جزئی با تکنولوژی L2 Cache که در اکثر CPU های قدرتمند امروزی استفاده میشود آشنا سازم ، بلکه هدف من آشنایی مختصر شما با این تکنولوژی و بهینه سازی آن برای استفاده حداکثر در سیستم میباشد ( به حافظه L2 ، حافظه ثانویه سیستم نیز گفته میشود یکی از بزرگترین اشکالاتی که در ویندوزهای سری NT میتوان به آن اشاره کرد ، وجود یک کلید رجیستری منفرد و تنها میباشد که میزان استفاده ویندوز از این حافظه ثانویه را کنترل مینماید.

البته بسیاری از افراد این عامل را نقض میکنند و آن را تنها مختص تنظیمات شرکتی میدانند که در CPU‌ برای حافظه L2 اعمال شده است.

در صورتی که این طرز فکر تا حدودی اشتباه است و در ادامه مقاله شما علت آن را متوجه خواهید شد.

در این مقاله شما خواهید آموخت که چگونه میتوانید تنظیمات این کلید منحصر به فرد را برای استفاده حداکثر و بهینه از قابلیت L2 Cache ، بهینه سازی نمایید.

اگر شما از CPU ای استفاده میکنید که در طراحی آن از قابلیت دسترسی مستقیم به مسیرهای حافظه L2 استفاده میشود ، در این صورت تنظیم نمودن این کلید در رجیستری میتواند در بالا بردن کارایی و سرعت فرآیندهای آنی سیستم شما ( نظیر فرآیند بوت ) بسیار موثر باشد.

اغلب CPU های سری Pentium امروزی و همچنین CPU های مدرن AMD‌ از قابلیت L2 Cache استفاده میکنند ، برای اطمینان از این امر میتوانید از دفتر چه راهنمای CPU و یا نوشته های اطلاعاتی روی CPU‌ استفاده نمایید.در اکثر موارد میزان دسترسی به این حافظه توسط شرکت سازنده تنظیم میشود و بنابراین شما قادر نخواهید بود تغییری ( در ظاهر !

) در میزان دسترسی به این حافظه اعمال نمایید.

به صورت پیش فرض ، ویندوز ( و به صورت کلی هر سیستم عاملی ) برای انجام عملیات بوت از فرامین دسترسی به HAL یا Hardware Abstraction Layer ( دسترسی به لایه های مجرد هارد دیسک ) استفاده مینماید.

این عمل باعث بازیابی حافظه L2 میشود.

اگر این عملیات با شکست مواجه شود ، یعنی به هر دلیلی امکان دسترسی به لایه های هارد دیسک وجود نداشته باشد ، ویندوز برای انجام عملیات بوت از حافظه L2 کمک میگیرد.

در همین جا است که نکته اصلی و پنهانی ماجرا آشکار میشود !

ویندوز برای این منظور تنها از 256 KB از حافظه L2 استفاده میکند ، در صورتی که ممکن است CPU شما حافظه L2 ای بیش از این داشته باشد ، متاسفانه این مشکل از اینجا ناشی میشود که تنظیمات شرکتی برای CPU تعریف شده هستند و به صورت پیش فرض نیز ویندوز از این قابلیت استفاده مفید نمیکند ، و علت این امر همان کلید منحصر به فردی رجیستری میباشد که مورد بحث ما است و به صورت پیش فرض در حالت غیر فعال قرار دارد.در ادامه مقاله شما با چگونگی فعال نمودن این کلید و همچنین تنظیم بهینه آن آشنا خواهید شد.پس با ادامه مقاله همراه باشید.توجه : با توجه به اینکه این تغییرات باعث اعمال فرامین خاصی توسط ویندوز در CPU خواهد شد و ممکن است باعث افزایش نسبی دمای CPU به علت دسترسی بیشتر سیستم به آن گردد ، لذا توصیه میکنم قبل از هر گونه اعمال تغییری جوانب احتیاط را رعایت نمایید و حتما از رجیستری ویندوز خود نیز نسخه پشتیبان تهیه نمایید.

توجه داشته باشید که این ترفندها تماما در گروه OverClocking قرار خواهند گرفت و لذا شما باید کلیه توصیه های مربوط به این قبیل ترفندها را رعایت نمایید.

در غیر این صورت مسئولیت هر گونه مشکلی در استفاده از آنها تنها با خود شما میباشد .

در صفحه سمت راست به دنبال کلیدی با نام SecondLevelDataCache بگردید روی آن دوبار کلیک نمایید تا صفحه مقدار دهی به آن ظاهر گردد همان طور که متوجه می شوید مقدار اولیه این کلید برابر 0 میباشد ، این مقدار بدین معنا میباشد که CPU از تنظیمات شرکتی خود برای حافظه L2 استفاده مینماید ، در این حالت میزان استفاده از حافظه L2 تنها 256 KB میباشد ( البته توجه داشته باشید که بسته به نوع CPU شما این مقدار نیز ممکن است متفاوت باشد که در پایان مقاله در این مورد بحث خواهم کرد ).

در قسمت Base حالت کد دهی را از Hexadecimal به Decimal تغییر دهید و سپس عدد مورد نظر خود را برای میزان استفاده از حافظه L2 ( بر حسب کیلوبایت ) در قسمت Value Data وارد نمایید ( برای مثال وارد نمودن عدد 512 به این معنا میباشد که سیستم از این پس از 512 کیلوبایت از حافظه L2 در مواقع نیاز استفاده خواهد کرد ).

هرگز عددی بیش از عددی که برای حافظه L2 در CPU شما تعیین شده است در این قسمت وارد ننمایید زیرا باعث بروز مشکلات بسیار جدی در سیستم شما خواهد شد .پس از وارد نمودن عدد مورد نظر بر روی OK کلیک نمایید و سپس از رجیستری خارج شده و برای اعمال تغییرات سیستم خود را Restart نمایید.

در CPU های بسیار مدرن امروزی ممکن است اثر این تغییرات زیاد محسوس نباشد ، زیرا معمولا با توجه به نوع CPU و نیز مدل آن ، تنظیمات شرکتی متفاوتی برای CPU ها اعمال میشود ، اما در اکثر مواقع هیچ گاه نهایت استفاده از این قابلیت ( حافظه L2 ) در آنها به عمل نمی آید ، معمولا مسئولیت این قسمت ( بخش اعظم آن ) به عهده هارد دیسک سپرده میشود.

اما در CPU های قدیمیتر مدل Pentium برای مثال Pentium II or III ، این تغییر میتواند افزایش سرعت محسوسی را در فرآیندهای آنی ویندوز سبب گردد ( فرآیندهایی نظیر بوت ویندوز در پایان مجددا توصیه میکنم در استفاده از این ترفند بسیار دقت نمایید و تمام جوانب احتیاطی آن را مد نظر داشته باشید.

من به شخصه در اغلب موارد با این گونه تغییرات ( یعنی تغییراتی که به نحوی با OverClocking در ارتباط هستند ) مخالف هستم ، زیرا لزومی در انجام آنها نمیبینم ، تنها در مواقعی که واقعا نیاز به آن احساس شود ( با توجه به اینکه در اکثر این موارد امکان بروز اشکال در سیستم وجود دارد ).

هدف من از ارائه این مقاله آشنایی شما با اسراری است که در ویندوز وجود دارد و هر یک میتواند به نحوی تاثیر گذار بر بخش یا بخشهایی از سیستم باشد.

برای مثال در مورد همین ترفند واقعا در سیستمهای مدرن امروزی نیازی به این کار احساس نمیشود ، چرا که هارد دیسک های بسیار پیشرفته امروزی با ظرفیت های بسیار بالا و نیز سرعت بالا و همچنین حافظه های RAM پیشرفته میتوانند در این قسمت بسیار موثر باشند و فرد را از انجام چنین کارهایی منصرف نمایند ( با وجود اینکه سرعت دسترسی حافظه ها در هر سیستمی اغلب بسیار بالاتر میباشد ).

امیدوارم این آموزش برای شما مفید بوده باشد و بتوانید از آن نهایت استفاده را ببرید و حتی اگر استفاده خاصی از آن به عمل نیاوردید ، حداقل آن را در گنجینه دانش و اطلاعات خود ذخیره سازید و هر چه بیشتر با اسرار ویندوز آشنا گردید.