تعريف ذاكرة الكاش
ذاكرة الكاش (بالإنجليزية: Cache memory)، أو ذاكرة التخزين المؤقت أو ذاكرة التخزين الإضافية أو ذاكرة وحدة المعالجة المركزية (CPU)، وهي أحد أنواع الذاكرة الموجودة في الحاسوب، وتمتاز بسرعتها الفائقة، ويمكن للمعالج الوصول إليها بسرعة أكبر من ذاكرة الوصول العشوائي العادية، ويتم اللجوء إليها لتخزين التطبيقات والبرامج الموجودة لمعالجتها، وذلك ليكون التعامل معها سريعًا وسلسًا، كما يوجد العديد من الأهداف لها، مثل: تخزين الأجزاء النشطة من البرامج والتطبيقات، وتسريع جهاز الحاسوب.
وسُميت ذاكرة الكاش باسم (cache)، من الفعل الفرنسي الأصل (Cacher)، الذي يعني مخفيًا أو مخبأً، والسبب أن الوصول لهذه الذاكرة غير مفتوح للتطبيقات والبرامج بشكلٍ دائم، بل يتولى المعالج وضع المعلومات بنفسه في ذاكرة الكاش.
مكان وجود ذاكرة الكاش
توجد ذاكرة الكاش بالقرب من وحدة المعالجة المركزية (CPU)، إما على شريحة وحدة المعالجة المركزية نفسها أو على اللوحة الأم (بالإنجليزية: Motherboard) في المنطقة المجاورة مباشرة لوحدة المعالجة المركزية ومتصلة بواسطة ناقل بيانات مخصص، لذلك يمكن قراءة التعليمات والبيانات منه وكتابتها بسرعة أكبر بكثير، مما هو الحال مع ذاكرة الوصول العشوائي العادية (RAM).
وظيفة ذاكرة الكاش
لذاكرة الكاش العديد من الوظائف أهمها ما يأتي:
- الاحتفاظ مؤقتًا بالبيانات والتعليمات التي من المحتمل أن يعيد المعالج استخدامها.
- تقليل الوقت المطلوب للوصول إلى المعلومات من الذاكرة الرئيسية.
- تمكين المعالج من استرداد البيانات بسرعة، مما يجعل النظام العام أكثر كفاءة.
مبدأ عمل ذاكرة الكاش
يقوم مبدأ عمل ذاكرة الكاش على بعض الأمور، منها:
- تخزن ذاكرة الكاش المعلومات والبيانات والبرامج التي تستخدمها وحدة المعالجة المركزية بشكل متكرر، لكن بصورة مؤقتة.
- عندما تصبح البيانات مطلوبة، ستتحول وحدة المعالجة المركزية (CPU) تلقائيًا إلى ذاكرة الكاش بحثًا عن وصول أسرع للبيانات، هذا لأن ذاكرة الوصول العشوائي للخادم (RAM) أبطأ وبعيدة عن وحدة المعالجة المركزية.
- عندما تتمكن وحدة المعالجة المركزية من العثور على البيانات في ذاكرة الكاش، يُطلق على ذلك اسم (Cache Hit) أي أنها أصابت الهدف، وإذا لم تتمكن وحدة المعالجة المركزية من إيجاد البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت، فقد يكون حدث خطأ في ذاكرة الكاش وتُسمى (Cache miss)، لذلك يلجأ المعالج إلى البحث عنها في ذاكرة الوصول العشوائي.
أنواع ذاكرة الكاش
لذاكرة الكاش ثلاثة أنواع، وهي كالآتي:
- ذاكرة التقابل الحر أو الترابطي (Associtative): غالبية الكاشات الجيدة والسريعة تستخدم هذا النوع، وهو يخزن العنوان والمحتوى، لكنه في الوقت ذاته لا يستطيع تخزين المحتوى في مكان معين، وذلك لوجود عدد كبير وضخم من الأماكن المخصصة لتخزين البيانات، وعندما يريد أحد الوصول للبيانات يتم البحث في الأماكن المختلفة للحصول على المحتوى.
- ذاكرة التقابل المباشر أو الثابت (Direct Mapping): هذا النوع يُستخدم لتخزين كل البيانات في مكانٍ محدد ومعيّن.
- الذاكرة التجميعية الترابطية (Set - Associative): هذا النوع يجمع ما بين النوع الأول والثاني.
مزايا ذاكرة الكاش
تتعدد مزايا ذاكرة الكاش، وهي كما يأتي:
- تعد ذاكرة الكاش أسرع من الذاكرة الرئيسية والذاكرة الثانوية.
- تستهلك ذاكرة الكاش وقت وصول أقل مقارنة بالذاكرة الرئيسية.
- تخزن ذاكرة الكاش البرنامج، الذي من المتوقع تنفيذه في غضون فترة زمنية قصيرة.
عيوب ذاكرة الكاش
لذاكرة الكاش بعض العيوب، منها:
- ذاكرة الكاش سعتها محدودة جدًا.
- ذاكرة الكاش مكلفة للغاية.
كيفية معرفة حجم ذاكرة الكاش
هناك ثلاث طرق لمعرفة حجم ذاكرة الكاش، وفيما يأتي شرح لكل طريقة:
الطريقة الأولى: عبر موجه الأوامر (Command Prompt)
لمعرفة حجم ذاكرة الكاش عبر موجه الأوامر (Command Prompt) يجب اتباع الآتي:
- كتابة (cmd) في مربع بحث (Windows).
- النقر فوق خيار موجه الأوامر (Command Prompt)، أو الضغط على اختصار (Windows R) ليظهر صندوق (Run).
- كتابة (cmd) ثم النقر على (OK)، لتظهر بعدها نافذة موجه الأوامر.
- كتابة الأمر الآتي في نافذة موجه الأوامر (wmic memcache list brief)، ثم الضغط على (Enter)، ستظهر على الشاشة معظم مواصفات ذاكرة الكاش مثل حجمها وحالتها.
الطريقة الثانية: عبر إدارة المهام (Task Manager)
لمعرفة حجم ذاكرة الكاش عبر إدارة المهام (Task Manager) يجب اتباع الآتي:
- الضغط على اختصار (Ctrl Shift Esc) في نفس الوقت، لفتح نافذة إدارة المهام (بالإنجليزية: Task Manager).
- النقر فوق أمر مزيد من التفاصيل (بالإنجليزية: More details) لرؤية المزيد من الأدوات المتقدمة، في حال ظهور النافذة في وضع ملخص مبسط.
- الضغط على علامة تبويب الأداء (بالإنجليزية: Preformane).
- تحديد خيار وحدة المعالجة المركزية (CPU) على الجهة اليسرى، وستظهر مستويات ذاكرة الكاش على الجهة اليمنى من الأسفل.
الطريقة الثالثة: عبر برنامج (CPU-Z)
يُعتبر (CPU-Z) برنامج مجاني يجمع معلومات حول بعض الأجهزة الرئيسية للنظام، إذ إنه يقدم معلومات حول المعالج، ومستويات ذاكرة التخزين المؤقت واللوحة الرئيسية وغير ذلك، ولمعرفة حجم ذاكرة الكاش عبر هذا البرنامج يجب اتباع ما يأتي:
- تنزيل البرنامج وتثبيته على جهاز الكمبيوتر.
- النقر فوق علامة تبويب وحدة المعالجة المركزية (CPU)، بعد فتح البرنامج، ومن هنا يمكن الحصول على مزيد من المعلومات التفصيلية حول ذاكرة الكاش في النظام.
- الخروج من التطبيق عند الانتهاء من المراجعة.
الفرق بين ذاكرة الكاش والميموري
يُعد كل من ذاكرة الكاش والميموري (ذاكرة التخزين العشوائي RAM)، ذاكرتي تخزين في جهاز الحاسوب لحفظ وتخزين البيانات، التي من الممكن الرجوع إليها في وقت لاحق، ولكن هناك العديد من الفروقات بينهما، وهي:
| ذاكرة الكاش | ذاكرة الميموري |
|---|
| ذاكرة تخزين سريع للبيانات بشكل مؤقت | ذاكرة لتخزين البيانات بشكل دائم |
| أصغر حجمًا وأسرع نسبيًا | أكبر حجمًا وأبطأ نسبيًا |
| تحفظ البيانات التي تستخدمها وحدة المعالجة المركزية بشكل متكرر | تحفظ البيانات التي يتم تنفيذها حاليًا بواسطة وحدة المعالجة المركزية |
| وحدة المعالجة المركزية تقرأ بيانات ذاكرة الكاش أولًا | وحدة المعالجة المركزية تقرأ بيانات الميموري بعد ذاكرة الكاش |
| موقع ذاكرة الكاش يكون داخليًا بين المعالج والذاكرة الرئيسية | موقع الميموري من الممكن أن يكون داخليًا أو خارجيًا أو كلاهما |
ومن الجدير بالذكر أن العديد من الطلاب أو عامة الناس ذوي الخبرة غير الكافية في مجال الحاسوب والتكنولوجيا يخلطون بين مفهومي الكاش والميموري، لذا وجب التنويه.
تعد ذاكرة الكاش أسرع ذاكرة داخل جهاز الحاسوب، وهي ذاكرة مهمة تحتاجها وحدة المعالجة المركزية لجلب البيانات بشكل أسرع، وهي تعمل كمخزن مؤقت أو وسيط بين ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ووحدة المعالجة المركزية، وتحفظ البيانات والتعليمات المطلوبة بشكل متكرر من قبل وحدة المعالجة المركزية، لتكون متاحة على الفور عند الحاجة إليها، وبالرغم من سعرها المرتفع ومساحتها المحدودة، فإنها تبقى ذات فاعلية عالية وأفضل من أي نوع ذاكرة أخرى.
