در شکل بالا نقاط نقطه چین در تصویر فوق، بدنه و ساختار داخلی CPU را نشان می دهد و حافظه RAM در بیرون از CPU واقع شده است؛ بنابراین در خارج از این نقطه چین قرار دارد. همچنین مسیر داده بین حافظه RAM و CPU به طور معمول 64 بیتی است (یا 128 بیتی، در صورتیکه حافظه به صورت دوگانه (Dual) پیکربندی شده باشد).
همه مدارهایی که داخل ناحیه نقطه چین واقع شده اند با کلاک داخلی CPU اجرا می شوند. ضمنا بسته به نوع CPU، قسمت های کمی از نواحی داخلی، حتی می توانند بالاتر از این کلاک اجرا شوند. بنابراین مسیر داده بین قسمت های CPU می تواند عریض تر باشد. یعنی انتقال بیت ها در هر کلاک می تواند بیشتر از 64 یا 128 باشد. برای مثال، مسیر داده بین حافظه پنهان L2 و حافظه پنهان دستوری L1 در CPUهای مدرن، معمولاً 256 بیتی است.
در عین حال مسیر داده بین حافظه پنهان دستوری L1 و واحد دریافت کننده (Fetch)، بسته به مدل CPU متفاوت است. اما غالبا 128 بیتی، متداول می باشد.
اما در هر صورت برای اینکه بیشترین تعداد بیت در هر کلاک مبادله شود، نیازمند انجام سریعترین مبادله نیز می باشد. یعنی نرخ مبادله هم باید بالا باشد. لازم است در اینجا کمی دقیق شویم و به همین خاطر اشاره می کنیم که بطور خلاصه همه سی پی یو های مدرن، دارای سه حافظه پنهان هستند:
L2 که بزرگترین آنها بوده و بین حافظه RAM و حافظه پنهان دستوری قرار دارد و می تواند دستورالعمل و داده را نگهداری کند.
حافظه پنهان دستوری L1 که برای ذخیره دستورالعمل هایی که توسط CPU اجرا شده اند بکار می رود.
حافظه پنهان داده L1 که برای ذخیره داده هایی که دوباره در حافظه RAM نوشته شده اند بکار می رود.
دقت شود که L1 و L2 به معنی سطح 1 و سطح 2 می باشد، که به ترتیب به فاصله آنها از هسته (Core) واحد اجرایی دلالت می کند.
بی تردید ایجاد تأخیر در حد صفر، برای حافظه استاتیک، بزرگترین مسئله است. مخصوصا با CPUهایی که با کلاک بسیار بالایی کار می کنند. از این رو ساختن حافظه های استاتیک با تأخیر در حد صفر، بسیار پر هزینه است.
بنابراین سازندگان از این نوع حافظه، فقط در حافظه پنهان L1 استفاده می کنند و حافظه پنهان L2 از حافظه استاتیک با سرعت برابر با آنچه در حافظه پنهان L1 است، استفاده نمی کند و همین مسئله کمی تأخیر ایجاد می کند. بنابراین به صورت جزئی از حافظه پنهان، L1 کندتر است.
باز هم نظر شما را به شکل بالا جلب می کنیم که در آن مشاهده می کنید که حافظه پنهان دستوری L1، به عنوان حافظه ورودی عمل می کند. در حالیکه حافظه پنهان داده L1، به عنوان حافظه پنهان خروجی عمل می کند. به عبارتی حافظه پنهان دستوری L1 که اغلب کوچکتر از حافظه کش L2 است، در مواقعی که برنامه شروع به تکرار قسمت هایی از خود می کند، به صورت جزئی موثر است. زیرا دستورات لازم، باید به واحد Fetch نزدیکتر باشند.
حافظه پنهان در پردازنده های چند هسته ای
در پردازنده هایی که هسته آنها بیش از یکی است، معماری حافظه پنهان L2، بسیار متنوع است. در پردازنده های Dual Core، هر هسته CPU برای خود حافظه پنهان L2 دارد. بنابراین به صورت یک CPU مستقل است. همچنین در پردازنده های 2 هسته ای اینتل، یک حافظه پنهان L2 وجود دارد که بین 2 هسته به اشتراک گذاشته شده است.
ضمنا در CPUهای Core 2 Duo که 4MB حافظه پنهان L2 دارند، بر خلاف تقسیم ثابت 50% که در CPUهای Dual Core (دو هسته ای) وجود دارد، یک هسته ممکن است از 3.5 مگابایت آن استفاده کند و هسته دیگر 512 کیلوبایت آن را مورد استفاده قرار دهد. از طرف دیگر CPUهای متداول چهار هسته ای مثل: Core 2 Extreme یا و Core 2 Quad، از دو تراشه 2 هسته ای استفاده می کنند و آن بدین معنی است که عمل به اشتراک گذاری بین هسته های 1و2و3و4 اتفاق می افتد. در آینده اینتل قصد دارد CPUهای 4 هسته ای را که از یک تراشه استفاده می کنند، متداول کند. در شکل پایین، مقایسه بین سه حافظه پنهان نشان داده شده است.
حافظه پنهان چگونه کار می کند؟
واحد Fetch با دریافت کننده، به دنبال دستورالعمل بعدی که قرار است در حافظه پنهان L1 اجرا شود می گردد. اگر آنجا نباشد، به دنبال آن در حافظه نهان L2 می گردد. سپس اگر در آنجا نبود، برای اجرای دستورالعمل بعدی، به حافظه RAM سر خواهد زد. در اصطلاح هنگامی که CPU داده یا دستورالعمل لازم را از حافظه پنهان دریافت کرد، ما آن را "موفقیت" می نامیم و هنگامی که داده یا دستورالعمل را به طور مستقیم از حافظه اصلی دریافت کند، شکست می نامیم. البته هنگامی که شما کامپیوتر خود را روشن می کنید، حافظه پنهان خالی است، بنابراین دستیابی به حافظه اصلی لازم است، و این فقدان حافظه پنهان، اجتناب ناپذیر است. اما پس از اینکه اولین دستور العمل آورده شد، شروع خود را نشان می دهد.
به عبارتی هنگامی که پردازنده، دستورالعمل را از محل معین حافظه اصلی (Load) کرد، مداری که کنترل کننده حافظه پنهان نامیده می شود، بلوک کوچکی از داده ها را که در محل قبلی داده فعلی که پردازنده بارگذاری کرده است را به حافظه پنهان می آورد. از آنجائیکه برنامه ها همیشه به صورت ترتیبی روند اجرایی دارند، محل بعدی حافظه اصلی که پردازنده آن را درخواست خواهد کرد، شاید آن محلی باشد که بلافاصله قبل از محلی باشد که قبلاً بار شده است. از اینرو کنترل کننده حافظه پنهان، مقداری داده قبل از اولین محل حافظه اصلی را که توسط پردازنده خوانده شده، بار می کند، و داده بعدی شاید در حافظه پنهان باشد. بنابراین پردازنده نیازی ندارد برای دریافت داده ها به بیرون مراجعه کند. چون آن از قبل به داخل حافظه پنهان که در داخل CPU تعبیه شده است، آورده شده است که می تواند آن را با همان میزان کلاک CPU دریافت کند. این مقدار داده، یک خط (Line) نامیده می شود، و آن معمولا 64 بایت طول دارد.
سازمان دهی حافظه پنهان
حافظه پنهان به طور داخلی به خطوطی تقسیم می شود که هر کدام می تواند 16 تا 128 بایت را نگهداری کند که البته به نوع CPU هم بستگی دارد. در اکثر CPUهای امروزی، حافظه پنهان به صورت خطوط 64 بایتی (512 بیت) سازماندهی شده است.
لازم به ذکر است، جزئیات در رابطه با حافظه پنهان بسیار گسترده تر و فنی تر از آن چیزی است که در این فرصت توضیح داده شد، اما از آنجایی که این جزئیات خارج از حوصله بسیاری از خوانندگان است، ما به همین مقدار بسنده می کنیم و امیدواریم همین مقدار نیز درک نسبتا عمیق و روشنی در رابطه با عملکرد حافظه پنهان، انواع آن و سایر مطالب مربوطه در اختیار شما قرار داده باشد.
<-PollName->
خبرنامه وب سایت:
آمار
وب سایت:
