مستخدم:Hamzah abu khames/ملعب

"الذاكرة المؤقتة" الموجهات هنا. للاستخدام العام في مجال الحوسبة، انظر ذاكرة التخزين المؤقت (الحوسبة) .

على مخبأ CPU هو مخبأ المستخدمة من قبل وحدة المعالجة المركزية (CPU) ل جهاز الكمبيوتر للحد من متوسط الوقت للوصول إلى البيانات من الذاكرة الرئيسية .  ذاكرة التخزين المؤقت هو أصغر، والذاكرة أسرع والتي تخزن نسخا من البيانات المستخدمة بشكل متكرر من الذاكرة الرئيسية المواقع.  معظم وحدات المعالجة المركزية لها مخابئ مستقلة مختلفة، بما في ذلك التعليم وتخزين البيانات، حيث عادة ما يتم تنظيم ذاكرة التخزين المؤقت البيانات على أنها تسلسل هرمي من أكثر من مستويات ذاكرة التخزين المؤقت (L1، L2 الخ)

مقدمه

عندما يحتاج المعالج إلى القراءة من أو الكتابة إلى موقع في الذاكرة الرئيسية فإنه أولا بفحص ما إذا كان نسخة من تلك البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت. إذا كان الأمر كذلك، المعالج يقرأ مباشرة من أو يكتب إلى ذاكرة التخزين المؤقت، وهو أسرع بكثير من القراءة من أو الكتابة إلى الذاكرة الرئيسية.

معظم سطح المكتب والخادم وحدات المعالجة المركزية الحديثة لها على الأقل ثلاثة مخابئ المستقلة: مخبأ تعليمات لتسريع تنفيذ تعليمات جلب، على مخبأ البيانات لتسريع جلب البيانات وتخزينها، و عازلة الترجمة lookaside (TLB) تستخدم لتسريع الظاهري-إلى- ترجمة عنوان الجسدية لكل من التعليمات والبيانات القابلة للتنفيذ.  عادة ما يتم تنظيم ذاكرة التخزين المؤقت البيانات على أنها تسلسل هرمي من أكثر من مستويات ذاكرة التخزين المؤقت (L1، L2، وما إلى ذلك؛ انظر أيضا مخابئ متعددة المستويات أدناه).

الكاش

ومن المعروف أن نسبة العدد التي تؤدي إلى ضرب مخبأ، حيث وصل سعر ضرب، ويمكن أن تكون مقياسا لفعالية ذاكرة التخزين المؤقت لبرنامج معين أو الخوارزمية.

قراءة يخطئ تأخير التنفيذ لأنها تتطلب البيانات التي يتم نقلها من الذاكرة، والتي هي أبطأ بكثير من القراءة من ذاكرة التخزين المؤقت.  قد تحدث يخطئ الكتابة دون هذه العقوبة، لأن المعالج يمكن أن يستمر التنفيذ بينما يتم نسخ البيانات إلى الذاكرة الرئيسية في الخلفية.

ذاكرة التخزين المؤقت

مخابئ متعددة المستويات إدخال قرارات التصميم الجديدة. على سبيل المثال، في بعض المعالجات، كما يجب أن تكون جميع البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت L1 في مكان ما في ذاكرة التخزين المؤقت L2. وتسمى هذه مخابئ شامل بدقة . المعالجات الأخرى (مثل أيه إم دي أثلون) لديها حصرية مخابئ: مكفول البيانات لتكون على الأكثر في أحد مخابئ L1 و L2، أبدا في كليهما. لا يزال المعالجات الأخرى (مثل إنتل بنتيوم II ، III ، و 4 )، لا تتطلب أن البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت L1 يقيمون أيضا في ذاكرة التخزين المؤقت L2، على الرغم من أنها قد تفعل ذلك في كثير من الأحيان. لا يوجد اسم المقبولة عالميا لهذه السياسة وسيطة. [ 27 ] [ 28 ]

ميزة مخابئ حصرية هي أنها تخزين المزيد من البيانات. هذه الميزة هي أكبر عندما ذاكرة التخزين المؤقت L1 الحصري هو مشابه لذاكرة التخزين المؤقت L2، ويقلل إذا ذاكرة التخزين المؤقت L2 عدة مرات أكبر من ذاكرة التخزين المؤقت L1. عندما يخطئ L1 L2 ويضرب على الوصول، ويتم تبادل الخط مخبأ ضرب في L2 مع خط في L1. هذا التبادل هو أكثر قليلا جدا العمل من مجرد نسخ خط من L2 لL1، وهو ما لا مخبأ شامل. [ 28 ]

ميزة واحدة من مخابئ شاملة بدقة هي أنه عندما أجهزة خارجية أو المعالجات الأخرى في نظام متعدد المعالجات ترغب في إزالة خط التخزين المؤقت من المعالج، فإنها تحتاج لديك معالج تحقق ذاكرة التخزين المؤقت L2 فقط. في التسلسلات الهرمية مخبأ التي لا فرض إدراج، يجب فحص ذاكرة التخزين المؤقت L1 كذلك. كما عيب، هناك علاقة بين associativities من L1 و L2 مخابئ: إذا لم يكن لدى ذاكرة التخزين المؤقت L2 طرق على الأقل عديدة كما تخزين جميع L1 معا، ويقتصر على ترابطيات الفعال للمخابئ L1. وثمة عيب آخر من مخبأ شامل هو أن كلما كان هناك الإخلاء في ذاكرة التخزين المؤقت L2، لديها خطوط (ربما) المقابلة في L1 أيضا للحصول على طرد من أجل الحفاظ على الشمولية. هذا هو تماما العمل قليلا، وسيؤدي إلى ارتفاع معدل ملكة جمال L1. [ 28 ]

ميزة أخرى لمخابئ شاملة هي أن أكبر مخبأ يمكن استخدام خطوط مخبأ أكبر، مما يقلل من حجم علامات مخبأ الثانوية. (مخابئ حصرية تتطلب كلا مخابئ لديهم نفس خطوط مخبأ حجمها، بحيث خطوط مخبأ يمكن تبديل على ملكة جمال L1، L2 ضرب.) إذا ذاكرة التخزين المؤقت الثانوي هو أمر من حجم أكبر من الانتخابات التمهيدية، وبيانات ذاكرة التخزين المؤقت هو أمر من حجم أكبر من علامات ذاكرة التخزين المؤقت، هذا المجال العلامة المحفوظة يمكن أن تكون قابلة للمقارنة إلى المنطقة الإضافية اللازمة لتخزين بيانات ذاكرة التخزين المؤقت L1 في L2. [ 29 ]

ترابطيات

سياسة استبدال تقرر حيث في ذاكرة التخزين المؤقت ونسخة من إدخال معين من الذاكرة الرئيسية يذهب. إذا كانت سياسة الإحلال حرة في اختيار أي دخول في ذاكرة التخزين المؤقت لعقد نسخة، ويسمى ذاكرة التخزين المؤقت النقابي بالكامل. وعلى الطرف الآخر، إذا كان كل دخول في الذاكرة الرئيسية يمكن أن يذهب في مكان واحد فقط في ذاكرة التخزين المؤقت، ذاكرة التخزين المؤقت المباشر المعين. العديد من مخابئ تنفذ حلا وسطا فيها كل دخول في الذاكرة الرئيسية يمكن أن تذهب إلى أي واحدة من الأماكن N في ذاكرة التخزين المؤقت، ويتم وصفها كما N-طريقة مجموعة النقابي. "العمارة الحاسوب: منهج الكمي". على سبيل المثال، ذاكرة التخزين المؤقت البيانات المستوى 1 في أيه إم دي أثلون ومن المقرر النقابي في اتجاهين، مما يعني أن أي موقع معين في الذاكرة الرئيسية يمكن أن يكون مؤقتا في أي من موقعين في ذاكرة التخزين المؤقت البيانات على مستوى-1.

ترابطيات هو المفاضلة .  إذا كان هناك عشرة الأماكن التي تكون سياسة الإحلال يمكن أن يكون تعيين أحد مواقع الذاكرة، ثم للتحقق مما إذا هذا الموقع هو في ذاكرة التخزين المؤقت، لا بد من البحث عشرة إدخالات ذاكرة التخزين المؤقت.  فحص أكثر الأماكن يأخذ المزيد من السلطة، منطقة رقاقة، وربما الوقت.  من ناحية أخرى، مع المزيد من مخابئ ترابطيات تعاني أقل يخطئ (انظر يخطئ الصراع، أدناه)، بحيث النفايات وحدة المعالجة المركزية وقتا أقل القراءة من الذاكرة الرئيسية بطيئة.  وبحكم التجربة هو أن مضاعفة ترابطيات، من مباشرة تعيينها إلى اتجاهين، أو من اتجاهين إلى رباعية، لديها نحو نفس التأثير على معدل إصابة كما تضاعف حجم ذاكرة التخزين المؤقت.  زيادات ترابطيات وراء رباعية لها تأثير أقل بكثير على معدل ضرب، [7] وتتم عموما لأسباب أخرى (انظر التعرج الظاهري، أدناه). 

في ترتيب أسوأ ولكن بسيطة لأفضل ولكنها معقدة: 
مخبأ تعيين مباشر - أفضل (الأسرع) ضرب مرات، وحتى أفضل المقايضة عن مخابئ "كبيرة" 
في اتجاهين ضبط مخبأ النقابي 
في اتجاهين مخبأ النقابي منحرفة - في عام 1993، وكان هذا أفضل المقايضة عن مخابئ الذين كانوا في 4-8 KB مجموعة أحجام [8] 
أربعة في اتجاه ضبط مخبأ النقابي 
مخبأ النقابي بالكامل - أفضل (أدنى) معدلات ملكة جمال، وذلك أفضل المقايضة عندما عقوبة يغيب عالية جدا.

مثال

الأصلي بنتيوم 4 زيارتها معالج رباعية ضبط مخبأ النقابي L1 البيانات من 8 KB في الحجم، مع كتل مخبأ 64 بايت. وبالتالي، هناك 8 KB / 64 = 128 الكتل ذاكرة التخزين المؤقت. عدد مجموعات يساوي عدد القطع مخبأ مقسوما على عدد من الطرق من ترابطيات، ما يؤدي إلى 128/4 = 32 مجموعات، وبالتالي 2 5 = 32 مؤشرات مختلفة. هناك 2 6 = 64 إزاحة الممكنة. منذ عنوان وحدة المعالجة المركزية هو 32 بت واسعة، وهذا يعني 21 + 5 + 6 = 32، وبالتالي 21 بت للحقل العلامة.

كان الأصلي معالج بنتيوم 4 أيضا في اتجاه وثمانية مجموعة النقابي L2 مخبأ متكامل 256 كيلو بايت في الحجم، مع كتل مخبأ 128 بايت.  وهذا يعني 17 + 8 + 7 = 32، وبالتالي 17 بت للحقل العلامة. [3] 

التسلسل الهرمي لذاكرة التخزين المؤقت

المعالجات الحديثة متعددة مخابئ التفاعل على رقاقة.

العملية على مخبأ معين يمكن تحديده بشكل كامل من قبل: [ 3 ]

حجم ذاكرة التخزين المؤقت 
حجم الكتلة مخبأ 
عدد القطع في مجموعة 
مخبأ تعيين سياسة الإحلال 
سياسة مخبأ الكتابة (الكتابة أو الكتابة من خلال الظهير) 

في حين أن جميع الكتل ذاكرة التخزين المؤقت في مخبأ خاص هي نفس الحجم ولها نفس ترابطيات، وعادة مخابئ "المستوى الأدنى" (مثل ذاكرة التخزين المؤقت L1) لديهم حجم أصغر، لديها كتل أصغر، ويكون أقل في مجموعة كتل ، في حين مخابئ "مستوى أعلى" (مثل ذاكرة التخزين المؤقت L3) لديها حجم أكبر، وكتل أكبر، وأكثر من كتل في مجموعة. 

مخابئ متخصصه

عبر خط انابيب ذاكرة الوصول حدات المعالجة المركزية من نقاط متعددة في خط أنابيب : تعليمات جلب، افتراضية-تو-المادية ترجمة عنوان، وجلب البيانات (انظر خط أنابيب RISC الكلاسيكية ). تصميم الطبيعي هو استخدام مخابئ المادية المختلفة لكل من هذه النقاط، بحيث لا يوجد لديه الموارد المادية واحد لتحديد موعد لخدمة نقطتين في خط الانابيب. وبالتالي فإن خط أنابيب ينتهي بشكل طبيعي مع لا يقل عن ثلاثة مخابئ منفصلة (التعليم، TLB ، والبيانات)، كل المتخصصة لدورها معين.

مخبأ الضحية

مخبأ الضحية هو مخبأ تستخدم لعقد كتل طردوا من مخبأ وحدة المعالجة المركزية على الاستبدال. ذاكرة التخزين المؤقت ضحية يكمن بين ذاكرة التخزين المؤقت الرئيسي ومسار عبوة لها، ويحمل الكتل التي طردوا من ذاكرة التخزين المؤقت الرئيسي فقط. ذاكرة التخزين المؤقت الضحية عادة النقابي بالكامل، ويهدف إلى تقليل عدد الاخطاء الصراع. العديد من البرامج التي تستخدم عادة لا تتطلب مخطط النقابي لجميع المداخل. في الواقع، سوى جزء صغير من الذاكرة يصل البرنامج تتطلب ترابطيات عالية. ذاكرة التخزين المؤقت ضحية يستغل هذه الخاصية من خلال توفير ترابطيات عالية فقط هذه العدد. وقدم من قبل نورمان Jouppi من ديسمبر عام 1990. [ 16 ]

إنتل كريستال حسنا [ 17 ] البديل من لها هاسويل المعالجات، ومجهزة إيريس برو GT3e الرسومات جزءا لا يتجزأ من إنتل و 128 ميغابايت من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المضمنة ، قدم على مستوى 4 ذاكرة التخزين المؤقت على حزمة والتي هي بمثابة مخبأ ضحية لمستوى 3 مخبأ المعالجات ل. [ 18 ]

التاريخ

ويرتبط التاريخ المبكر للتكنولوجيا مخبأ ارتباطا وثيقا اختراع واستخدام الذاكرة الظاهرية. [ بحاجة لمصدر ] وبسبب ندرة وتكلفة أشباه الموصلات الذكريات، تستخدم أجهزة الكمبيوتر المركزية الأولى في 1960s تسلسل هرمي معقد من الذاكرة الفعلية، معين على ل مساحة الذاكرة الظاهرية شقة يستخدمها البرامج. إن تقنيات الذاكرة تمتد شبه الموصلات، المغناطيسي الأساسية، وطبل والقرص. أن الذاكرة الظاهرية رأيت والمستخدمة من قبل البرامج أن تكون مسطحة وسوف التخزين المؤقت أن تستخدم لجلب البيانات والتعليمات في أسرع الذاكرة قبل وصول المعالج. وقد أجريت دراسات مستفيضة لتحسين أحجام ذاكرة التخزين المؤقت. تم العثور على القيم المثلى لتعتمد إلى حد كبير على لغة البرمجة المستخدمة مع رأس الغول التي تحتاج إلى أصغر وفورتران وكوبول التي تحتاج إلى أكبر أحجام ذاكرة التخزين المؤقت. [ المتنازع عليها - مناقشة ]

في الأيام الأولى من تكنولوجيا الحواسيب الصغيرة، وكان الوصول إلى الذاكرة فقط أبطأ قليلا من تسجيل الدخول. ولكن منذ 1980s [ 31 ] فجوة الأداء بين المعالج والذاكرة يتزايد. تقدمت المعالجات أسرع بكثير من الذاكرة، وخاصة من حيث التشغيل الخاصة بهم تردد ، لذلك أصبحت ذاكرة أداء عنق الزجاجة . في حين كان من الممكن تقنيا لديك كل الذاكرة الرئيسية بالسرعة وحدة المعالجة المركزية، قد اتخذت مسارا أكثر قابلية للاستمرار اقتصاديا: استخدام الكثير من الذاكرة منخفضة السرعة، ولكن أيضا إدخال الذاكرة المؤقتة عالية السرعة صغيرة للتخفيف من فجوة الأداء. قدمت هذا أمر من حجم أكثر القدرات لنفس السعر مع أداء مجتمعة انخفاض طفيف فقط.