ما الفرق بين ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة التخزين المؤقت؟

إذا كنت من عشاق التكنولوجيا ، فربما تكون قد سمعت عن ذاكرات التخزين المؤقت وكيف تعمل مع ذاكرة الوصول العشوائي على نظامك لجعلها أسرع. لكن هل تساءلت يومًا ما هي ذاكرة التخزين المؤقت وكيف تختلف عن ذاكرة الوصول العشوائي؟

حسنًا ، إذا كان لديك ، فأنت في المكان المناسب لأننا سننظر في كل ما يميز ذاكرة التخزين المؤقت عن ذاكرة الوصول العشوائي.

تعرف على أنظمة الذاكرة على جهاز الكمبيوتر الخاص بك

قبل أن نبدأ في مقارنة ذاكرة الوصول العشوائي بالذاكرة المؤقتة ، من المهم أن نفهم كيف تم تصميم نظام الذاكرة على جهاز الكمبيوتر.

كما ترى ، كل من ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة التخزين المؤقت هي أنظمة تخزين ذاكرة متقلبة. هذا يعني أن نظامي التخزين هذين يمكنهما تخزين البيانات مؤقتًا والعمل فقط عندما يتم توفير الطاقة لهما. لذلك ، عند إيقاف تشغيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، يتم حذف جميع البيانات المخزنة في ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة التخزين المؤقت.

لهذا السبب ، يحتوي أي جهاز كمبيوتر على نوعين مختلفين من أنظمة التخزين - وهما الذاكرة الأولية والثانوية. محركات الأقراص هي الذاكرة الثانوية على نظام الكمبيوتر حيث تحفظ ملفاتك ، وهي قادرة على تخزين البيانات عند انقطاع التيار الكهربائي. من ناحية أخرى ، توفر أنظمة الذاكرة الأساسية البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية عند تشغيلها.

ولكن لماذا يوجد نظام ذاكرة على الكمبيوتر لا يمكنه تخزين البيانات عند إيقاف تشغيله؟ حسنًا ، هناك سبب كبير يجعل أنظمة التخزين الأساسية أساسية لجهاز الكمبيوتر.

كما ترى ، على الرغم من أن الذاكرة الأساسية على نظامك غير قادرة على تخزين البيانات عند عدم وجود طاقة ، إلا أنها أسرع بكثير مقارنة بأنظمة التخزين الثانوية. فيما يتعلق بالأرقام ، تتمتع أنظمة التخزين الثانوية مثل محركات أقراص الحالة الثابتة بوقت وصول يصل إلى 50 ميكروثانية.

في المقابل ، يمكن لأنظمة الذاكرة الأساسية ، مثل ذاكرة الوصول العشوائي ، توفير البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية كل 17 نانوثانية. لذلك ، فإن أنظمة الذاكرة الأساسية أسرع بحوالي 3000 مرة مقارنة بأنظمة التخزين الثانوية.

بسبب هذا الاختلاف في السرعات ، تأتي أنظمة الكمبيوتر مع تسلسل هرمي للذاكرة ، والذي يتيح تسليم البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية بسرعات مذهلة بشكل مذهل.

إليك كيفية انتقال البيانات عبر أنظمة الذاكرة في جهاز كمبيوتر حديث.

• محركات التخزين (الذاكرة الثانوية): يمكن لهذا الجهاز تخزين البيانات بشكل دائم ولكن ليس بنفس سرعة وحدة المعالجة المركزية. نتيجة لذلك ، لا تستطيع وحدة المعالجة المركزية الوصول إلى البيانات مباشرة من نظام التخزين الثانوي.
• ذاكرة الوصول العشوائي (الذاكرة الأساسية): يعد نظام التخزين هذا أسرع من نظام التخزين الثانوي ولكن لا يمكنه تخزين البيانات بشكل دائم. لذلك ، عندما تفتح ملفًا على نظامك ، فإنه ينتقل من القرص الصلب إلى ذاكرة الوصول العشوائي. ومع ذلك ، حتى ذاكرة الوصول العشوائي ليست سريعة بما يكفي لوحدة المعالجة المركزية.
• ذاكرة التخزين المؤقت (الذاكرة الأساسية): لحل هذه المشكلة ، يتم تضمين نوع معين من الذاكرة الأولية يُعرف باسم ذاكرة التخزين المؤقت في وحدة المعالجة المركزية وهو أسرع نظام ذاكرة على الكمبيوتر. ينقسم نظام الذاكرة هذا إلى ثلاثة أجزاء ، وهي ذاكرة التخزين المؤقت L1 و L2 و L3. لذلك ، فإن أي بيانات تحتاج إلى معالجتها بواسطة وحدة المعالجة المركزية تنتقل من القرص الصلب إلى ذاكرة الوصول العشوائي ثم إلى ذاكرة التخزين المؤقت. ومع ذلك ، لا يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول إلى البيانات مباشرة من ذاكرة التخزين المؤقت.
• سجلات وحدة المعالجة المركزية (الذاكرة الأساسية): سجل وحدة المعالجة المركزية (CPU) على جهاز الكمبيوتر صغير الحجم ويعتمد على بنية المعالج. يمكن أن تحتوي هذه السجلات على 32 أو 64 بت من البيانات. بمجرد انتقال البيانات إلى هذه السجلات ، يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول إليها وتنفيذ المهمة المطروحة.

فهم ذاكرة الوصول العشوائي وكيف تعمل

كما أوضحنا سابقًا ، فإن ذاكرة الوصول العشوائي الموجودة على الجهاز مسؤولة عن تخزين البيانات وتزويدها إلى وحدة المعالجة المركزية للبرامج الموجودة على الكمبيوتر. لتخزين هذه البيانات ، تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي خلية ذاكرة ديناميكية (DRAM).

يتم إنشاء هذه الخلية باستخدام مكثف وترانزستور. يستخدم المكثف في هذا الترتيب لتخزين الشحنة ، وبناءً على حالة شحن المكثف ؛ يمكن لخلية الذاكرة أن تحتوي على 1 أو 0.

إذا كان المكثف مشحونًا بالكامل ، يُقال إنه يخزن 1. من ناحية أخرى ، عندما يتم تفريغها ، يُقال إنها تخزن 0. على الرغم من أن خلية DRAM قادرة على تخزين الشحنات ، إلا أن تصميم الذاكرة هذا يأتي مع عيوبه.

كما ترى ، نظرًا لأن ذاكرة الوصول العشوائي تستخدم المكثفات لتخزين الشحن ، فإنها تميل إلى فقد الشحنة المخزنة فيها. نتيجة لذلك ، يمكن أن تفقد البيانات المخزنة في ذاكرة الوصول العشوائي. لحل هذه المشكلة ، يتم تحديث الشحنة المخزنة في المكثفات باستخدام مكبرات استشعار - مما يمنع ذاكرة الوصول العشوائي من فقدان المعلومات المخزنة.

على الرغم من أن تحديث الرسوم هذا يمكّن ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) من تخزين البيانات عند تشغيل الكمبيوتر ، إلا أنها تقدم الكمون في النظام لأن ذاكرة الوصول العشوائي لا يمكنها نقل البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية عندما يتم تحديثها - مما يؤدي إلى إبطاء النظام تحت.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن ذاكرة الوصول العشوائي متصلة باللوحة الأم ، والتي بدورها متصلة بوحدة المعالجة المركزية باستخدام المقابس. وبالتالي ، هناك مسافة كبيرة بين ذاكرة الوصول العشوائي ووحدة المعالجة المركزية ، مما يزيد من وقت تسليم البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية.

نظرًا للأسباب المذكورة أعلاه ، توفر ذاكرة الوصول العشوائي البيانات فقط إلى وحدة المعالجة المركزية كل 17 نانوثانية. بهذه السرعة ، لا يمكن أن تصل وحدة المعالجة المركزية إلى ذروة أدائها. وذلك لأن وحدة المعالجة المركزية تحتاج إلى تزويدها بالبيانات كل ربع نانو ثانية لتقديم أفضل أداء عند العمل بتردد تعزيز توربو يبلغ 4 جيجاهيرتز.

لحل هذه المشكلة ، لدينا ذاكرة تخزين مؤقت ، ونظام تخزين مؤقت آخر أسرع بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي.

وأوضح ذاكرة التخزين المؤقت

الآن بعد أن عرفنا التحذيرات التي تأتي مع ذاكرة الوصول العشوائي ، يمكننا إلقاء نظرة على ذاكرة التخزين المؤقت وكيف تحل المشكلة التي تأتي مع ذاكرة الوصول العشوائي.

أولاً وقبل كل شيء ، ذاكرة التخزين المؤقت غير موجودة على اللوحة الأم. بدلاً من ذلك ، يتم وضعه على وحدة المعالجة المركزية نفسها. ونتيجة لذلك ، يتم تخزين البيانات بالقرب من وحدة المعالجة المركزية - مما يمكنها من الوصول إلى البيانات بشكل أسرع.

بالإضافة إلى ذلك ، لا تقوم ذاكرة التخزين المؤقت بتخزين البيانات لجميع البرامج التي تعمل على نظامك. بدلاً من ذلك ، فإنه يحتفظ فقط بالبيانات التي تطلبها وحدة المعالجة المركزية بشكل متكرر. بسبب هذه الاختلافات ، يمكن لذاكرة التخزين المؤقت إرسال البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية بسرعات مذهلة بشكل مذهل.

علاوة على ذلك ، مقارنةً بذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، تستخدم ذاكرة التخزين المؤقت خلايا ثابتة (SRAM) لتخزين البيانات. مقارنة بالخلايا الديناميكية ، لا تحتاج الذاكرة الثابتة إلى التحديث لأنها لا تستخدم المكثفات لتخزين الشحنات.

بدلاً من ذلك ، يستخدم مجموعة من 6 ترانزستورات لتخزين المعلومات. نظرًا لاستخدام الترانزستورات ، لا تفقد الخلية الثابتة الشحن بمرور الوقت ، مما يمكّن ذاكرة التخزين المؤقت من توفير البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية بسرعات أعلى بكثير.

ومع ذلك ، فإن ذاكرة التخزين المؤقت لها عيوبها أيضًا. لأحد ، هو أكثر تكلفة بكثير بالمقارنة مع ذاكرة الوصول العشوائي. بالإضافة إلى ذلك ، تكون خلية ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة أكبر بكثير عند مقارنتها بـ DRAM ، حيث يتم استخدام مجموعة من 6 ترانزستورات لتخزين بت واحد من المعلومات. هذا أكبر بكثير من تصميم المكثف الفردي لخلية DRAM.

نتيجة لذلك ، تكون كثافة ذاكرة SRAM أقل بكثير ، ولا يمكن وضع ذاكرة SRAM واحدة ذات حجم تخزين كبير على قالب وحدة المعالجة المركزية. لذلك ، لحل هذه المشكلة ، يتم تقسيم ذاكرة التخزين المؤقت إلى ثلاث فئات ، وهي ذاكرة التخزين المؤقت L1 و L2 و L3 ، ويتم وضعها داخل وحدة المعالجة المركزية وخارجها.

ذاكرة الوصول العشوائي مقابل. الذاكرة المؤقتة

الآن بعد أن أصبح لدينا فهم أساسي لذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة التخزين المؤقت ، يمكننا النظر في كيفية مقارنتهما ببعضهما البعض.

ذاكرة التخزين المؤقت أسرع بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي

تعد كل من ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة التخزين المؤقت أنظمة ذاكرة متقلبة ، ولكن كلاهما يخدم مهام مميزة. من ناحية أخرى ، تخزن ذاكرة الوصول العشوائي البرامج التي تعمل على نظامك ، بينما تدعم ذاكرة التخزين المؤقت ذاكرة الوصول العشوائي عن طريق تخزين البيانات المستخدمة بشكل متكرر بالقرب من وحدة المعالجة المركزية - مما يؤدي إلى تحسين الأداء.

لذلك ، إذا كنت تبحث عن نظام يقدم أداءً رائعًا ، فمن الضروري إلقاء نظرة على ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة التخزين المؤقت التي تأتي معها. يعد التوازن المتميز بين نظامي الذاكرة أمرًا جوهريًا لتحقيق أقصى استفادة من جهاز الكمبيوتر الخاص بك.