هرمية الذاكرة

في معمارية الحاسوب، تقسم هرمية الذاكرة تخزين الحاسوب إلى تسلسل هرمي وفقًا لوقت الاستجابة. نظرًا لارتباط وقت الاستجابة والتعقيد والسعة، يمكن أيضًا تمييز المستويات عن طريق أدائها وتقنيات التحكم بها. تؤثر هرمية الذاكرة على الأداء في التصميم المعماري للحاسوب، والتنبؤات الخوارزمية، والتركيبات البرمجية منخفضة المستوى التي تتضمن موقع مرجعي.

رسم بياني لهرمية ذاكرة الحاسوب

يتطلب التصميم عالي الأداء مراعاة قيود هرمية الذاكرة، أي حجم وقدرات كل مكون. يمكن عرض كل مكون من المكونات المختلفة كجزء من هرمية الذاكرة (m1, m2,…, mn) بحيث يكون كل طرف mi أصغر وأسرع من الطرف الأعلى التالي mi + 1 في التسلسل الهرمي. للتقليل من الانتظار بمستويات أعلى، يستجيب المستوى الأدنى عن طريق ملء الذاكرة المؤقتة ثم التأشير لتنشيط النقل.

توجد أربعة مستويات تخزين رئيسية:[1]

يعد هذا الهيكل الهرمي للذاكرة العامة. وتستخدم عدة هياكل أخرى. فيمكن اعتبار خوارزمية التصحيف مستوى للذاكرة الافتراضية عند تصميم معمارية الحاسوب، ويمكن تضمين مستوى من التخزين شبه المتصل بين التخزين المتصل والخارجي.

خصائص التقنيات في هرمية الذاكرةعدل

  • تؤدي إضافة التعقيد إلى إبطاء هرمية الذاكرة.[2]
  • تعمل تقنية ذاكرة أكسيد الفلز الموصل (سي إم أو إكس) على توسيع مساحة الذاكرة الوميضية (ذاكرة الفلاش) في هرمية الذاكرة.[3]
  • تتمثل إحدى الطرق الرئيسية لزيادة أداء النظام في تقليل المدى الذي يجب الوصول إليه في هرمية للذاكرة لمعالجة البيانات إلى أدنى حد.[4]
  • تعد المهلة والنطاق الترددي مقياسان مرتبطان بذاكرة التخزين المؤقت. وهما غير موحدان، لكنهما محددان لكل مكون من هرمية الذاكرة.[5]
  • يصعب التنبؤ بمكان تواجد البيانات في التسلسل الهرمي للذاكرة.[5]
  • ... يحدد الموقع في هرمية الذاكرة الوقت المطلوب لحدوث الإحضار المسبق.[5]

أمثلةعدل

يزداد عدد المستويات في هرمية الذاكرة والأداء في كل مستوى بمرور الوقت. يتغير نوع الذاكرة أو مكونات التخزين أيضًا تاريخيًا. فتمثل هرمية الذاكرة لمعالج إنتل هاسويل المحمول لعام 2013 كالتالي:[6][7]

  • سجلات المعالج - أسرع وصول ممكن (دورة وحدة معالجة مركزية واحدة عادةً). يبلغ حجمها بضعة آلاف البايتات.
  • الذاكرة المخبئية
    •   المستوى 0 (L0) الذاكرة المخبئية للعمليات الصغيرة- يبلغ حجمها 6.144 بايت (6 كيلوبايت).[8]
    •   المستوى 1 (L1) الذاكرة المخبئية للتعليمات- يبلغ حجمها 128 كيلوبايت.
    •   المستوى 1 (L1) الذاكرة المخبئية للبيانات- يبلغ حجمها 128 كيلوبايت. تبلغ أفضل سرعة وصول نحو 700 جيجابايت/ثانية.[9]
    •   المستوى 2 (L2) التعليمات والبيانات (المشاركة)- يبلغ حجمها 1 ميجابايت. تبلغ أفضل سرعة وصول نحو 200 جيجابايت/ثانية .[9]
    •   المستوى 3 (L3) الذاكرة المخبئية المشاركة- يبلغ حجمها 6 ميجابايت. تبلغ أفضل سرعة وصول نحو 100 جيجابايت/ثانية.[9]
    •   المستوى 4 (L4) الذاكرة المخبئية المشاركة- يبلغ حجمها 128 ميجابايت. تبلغ أفضل سرعة وصول نحو 40 جيجابايت/ثانية.[9]
  • الذاكرة الرئيسية (التخزين الأساسي)- يبلغ حجمها جيجابايت. تبلغ أفضل سرعة وصول نحو 10 جيجابايت/ثانية. في حالة جهاز ذو ذاكرة غير موحدة الوصول، قد تكون أوقات الوصول غير موحدة.[9]
  • التخزين على القرص (التخزين الثانوي)- يبلغ حجمه تيرابايت. اعتبارًا من عام 2017، بلغت أفضل سرعة وصول لمحرك الأقراص الصلب للمستهلك نحو 2000 ميجابايت/ثانية.[10]
  • تخزين شبه متصل (تخزين ثلاثي)- يبلغ حجمه إكسابايت. اعتبارًا من عام 2013، بلغت أفضل سرعة وصول نحو 160 ميجابايت/ثانية .
  • التخزين الخارجي.

انظر أيضًاعدل

مراجععدل

  1. ^ Toy, Wing; Zee, Benjamin (1986). Computer Hardware/Software Architecture. Prentice Hall. صفحة 30. ISBN 0-13-163502-6. مؤرشف من الأصل في 17 مارس 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  2. ^ Write-combining
  3. ^ "Memory Hierarchy". Unitity Semiconductor Corporation. مؤرشف من الأصل في 05 أغسطس 2009. اطلع عليه بتاريخ 16 سبتمبر 2009. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  4. ^ Pádraig Brady. "Multi-Core". مؤرشف من الأصل في 09 مارس 2021. اطلع عليه بتاريخ 16 سبتمبر 2009. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  5. أ ب ت van der Pas, Ruud (2002). "Memory Hierarchy in Cache-Based Systems" (PDF). Santa Clara, California: صن ميكروسيستمز: 26. 817-0742-10. مؤرشف من الأصل (PDF) في 15 سبتمبر 2009. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); Cite journal requires |journal= (مساعدة)
  6. ^ "Memory & Storage - Timeline of Computer History - Computer History Museum". www.computerhistory.org. مؤرشف من الأصل في 27 مايو 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  7. ^ Crothers, Brooke. "Dissecting Intel's top graphics in Apple's 15-inch MacBook Pro - CNET". News.cnet.com. مؤرشف من الأصل في 01 نوفمبر 2013. اطلع عليه بتاريخ 31 يوليو 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  8. ^ "Intel's Haswell Architecture Analyzed: Building a New PC and a New Intel". AnandTech. مؤرشف من الأصل في 06 أغسطس 2021. اطلع عليه بتاريخ 31 يوليو 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  9. أ ب ت ث ج "SiSoftware Zone". Sisoftware.co.uk. مؤرشف من الأصل في 13 سبتمبر 2014. اطلع عليه بتاريخ 31 يوليو 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  10. ^ "Ultrium - LTO Technology - Ultrium GenerationsLTO". Lto.org. مؤرشف من الأصل في 27 يوليو 2011. اطلع عليه بتاريخ 31 يوليو 2014. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)