چگونگی کارکرد Cache در کامپیوتر

 

 

 

اگربرای خرید کامپیوتر از دوستان و اطرافیان خود سوال کرده اید کدام سیستم بهتر است، حتماً نام Cache را شنیده اید شاید نام هایی مثل L2یا L1را هم شنیده باشید. یا شاید دوستی به شما گفته باشد که «Celeron نخر ‍!Celeron روی خودش Cache نداره!»
با تمام این صحبت ها و پرس و جوها به نظر می رسد که Cache در کار کامپیوتر اهمیت زیادی دارد. با یک مثال ساده شروع می کنیم و اهمیت کار Cache را بررسی می کنیم.
یک کتابخانه را فرض کنید که برای دریافت کتاب باید از مسئول کتابخانه بخواهید تا آن کتاب را برای شما از مخزن بیاورد. (کتابخانه های مهم به این صورت کار می کنند). اولین فرد وارد کتابخانه می شود و کتاب «موبی دیک» را از مسئول کتابخانه می خواهد. مسئول به مخزن می رود و کتاب را برای او می آورد. مراجعه کننده کتاب را باز می گرداند. مسئول کتاب را به مخزن باز می گرداند و دوباره باز می گردد و منتظر نفر بعدی می شود. اگر مشتری دوم هم به دنبال کتاب «موبی دیک» باشد، مسئول باید دوباره به مخزن برود. حال اگر در کنار پیش خوان یک قفسه با ظرفیت 10 کتاب قرار دهیم مسئول کتابخانه مجبور نیست برای پیدا کردن کتاب هایی که قبلاً از مخزن آورده شده به مخزن بازگردد. Cache هم به این صورت کار می کند.Cache در لغت به معنی ذخیره و مخزن است.
اگر از اساس کار حافظه کامپیوتر اطلاع داشته باشید، در می یابید که این کار می تواند سرعت کامپیوتر را افزایش دهد. به این ترتیب که با ذخیره کردن اطلاعاتی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد می توان زمان مورد نیاز برای جستجو در تمام اطلاعات حافظه را از بین برد.
حال فرض کنید که مسئول کتابخانه از یک الگوریتم استفاده می کند. به این ترتیب که وقتی کسی برای دریافت کتاب مراجعه می کند، او باید ابتدا درون قفسه را نگاه کند و اگر کتاب مورد نظر آنجا نباشد به مخزن مراجعه کند. زمانی که مسئول صرف می کند تا داخل قفسه را بگردد و سپس به مخزن برود، ممکن است نظرتان را برای قرار دادن آن قفسه عوض کند و از خیر خریدن قفسه بگذرید.
مهم ترین قسمت ساختن Cache همین است. این که چگونه می توان با وجود Cache و با وجود این زمان اضافی، به بهترین نحو و به صورت بهینه از این سیستم استفاده کرد.
در کامپیوتر زمان در مقیاس نانو ثانیه و شاید کمتر از آن سنجیده می شود. پردازشگر فقط 60 نانو ثانیه زمان می خواهد که به اطلاعات داخل RAM دسترسی پیدا کند. ولی با وجود Cache این زمان تنها 2 نانوثانیه طول می کشد. به همین دلیل 60 نانو ثانیه خیلی طولانی به نظر می رسد.
اگر یک حافظه کوچک بین RAM و پردازشگر قراربگیرد و کار Caching را انجام دهد و دسترسی به اطلاعات آن با سرعت انجام شود، این کار به نظر خوب می رسد.
اگر فقط 30نانوثانیه طول بکشد، یعنی نصف زمان لازم برای دسترسی مستقیم پردازشگر به RAM. این همان L2یا Level 2 Cache است.
اگر این حافظه را داخل پردازشگر قرار دهیم زمان دسترسی به این حافظه مساوی زمانی است که پردازشگر صرف می کند تا اطلاعات را پردازش کند. این همان L1یا Level 1 Cache است. این نوع Cache در یک پردازشگر پنتیوم 223 مگاهرتزی با 5.3برابر L2کار می کند که آن هم 2 برابر سریع تر از دسترسی بدون Cache به RAM است.
بعضی از پردازشگر ها هر دو Cache را در داخل خود دارد. این Cache که بین پردازشگر و RAM قرار داده می شود و از اجزای Motherboard است، L3 نامیده می شود.
زمان اتصال به اینترنت، کمترین سرعت در سرعت های موجود در کار با کامپیوتر است. هربار که از اینترنت استفاده می کنید، مرورگر اطلاعات صفحه وب را در فایلی ذخیره می کند و در صورتی که دوباره به همان صفحه بروید (Back) به جای اتصال به سرور مستقیماً به فایل ذخیره شده می رود و زمان کمتری صرف می شود.
Cache تنها در پردازشگر وجود ندارد و می توان آن را در داخل اجزای دیگر قرار داد. برای مثال هارد دیسک شما دارای Cache بسیار سریع است. هر بار که اطلاعات خوانده می شود در Cache هارد دیسک نیز ذخیره می شود. CD Drive دستگاه شما نیز دارای Cache است.
سالهاست که فلاپی دیسک دیگر کاربرد ندارد. ولی اگر هنوز هم از فلاپی دیسک هایی قدیمی خود دارید، می توانید با انجام یک عملیات ساده کار Cache را دقیقاً در فلاپی ببینید.
یک فایل متن به فرض مثال به بزرگی 300کیلوبایت را روی فلاپی بریزید. یک بار کامپیوترتان را خاموش و روشن کنید. فایل را از روی فلاپی اجرا کنید. چراغ فلاپی درایو روشن می شود و شروع به خواندن فایل می کند. یک بار دیگر فایل را از روی فلاپی باز کنید. مشاهده خواهید کرد که دیگر فلاپی درایو کار نمی کند و فایل به سرعت اجرا می شود. این همان ذخیره اطلاعات روی Cache است.
سوال معمولی که در ذهن همه می تواند باشد این است که چرا تمام حافظه ها را آنقدر پر سرعت نمی سازند که دیگر نیازی Cache نباشد. در جواب باید گفت که این کار کاملاً عملی است ولی قیمت کامپیوتر به شدت زیاد می شود. هدف اصلی استفاده از تمام این قطعات این است که کاری را که می توان با یک قطعه گران انجام داد با تعداد بیشتری قطعه ارزان انجام داد.
در معماری کامپیوتر هدف این است که پردازشگر با تمام سرعت خود کار کند. برای مثال یک پردازشگر 500 مگاهرتزی، 500 میلیون بار در یک ثانیه یک پردازش را انجام می دهد. که به عبارتی یک پردازش را در 2 نانو ثانیه انجام می دهد. بدون Cache هر بار دسترسی به RAM 30 نانوثانیه طول می کشد. این امر به این معنی است که برای هر بار دسترسی به RAM ،60 نوبت پردازش به تأخیر می افتد.
این که چطور اطلاعات هر برنامه Cache (ذخیره) می شود، به قسمتی از علوم کامپیوتر برمی گردد که Locality Of Reference نام دارد. این روش یا بهتر بگوییم، تئوری، بیان می کند که فقط بخش بسیار کوچکی از هر برنامه؛ عامل اصلی اجرا شدن تمام برنامه است. به همین دلیل فقط همین قسمت کوچک است که در Cache ذخیره می شود. توضیح این تئوری و اینکه دقیقاً چطور از این تئوری در Caching استفاده می شود از بحث ما خارج است. حال بهتر در می یابید که چرا استفاده از حافظه های سریع در کامپیوتر به صرفه نیست و با استفاده از همین سیستم های کوچک و ارزان می توان به سرعت مطلوب نزدیک شد.

 

 

ویدیو مرتبط :
چگونگی کارکرد موتور خودرو...

---

خواندن این مطلب را به شما پیشنهاد میکنیم :

چگونگی پیدایش لباس

 

 

ایرانیان از بیش از 10 هزار سال پیش دارای تمدن بوده‌اند. از این رو، ریشه‌ی بسیاری از دستاوردهای بشر را در این تمدن می‌توان یافت. برای مثال، نخستین ابزار ریسندگی و بافندگی در غار كمربند، نزدیك بهشهر، یافت شده است كه به 7 هزار سال پیش از میلاد مسیح بازمی‌گردد. به علاوه، در قدیمی‌ترین بخش‌های شهر باستانی شوش، كه در خوزستان قرار دارد، سوزن‌های سوراخ‌دار پیدا شده است.

این دستاوردهای و نوآوری‌های دیگری كه در دوران‌های بعدی رخ داد، صنعت پارچه و پوشاك ایران را پیشتاز و سرآمد جهانیان كرد. جالب است بدانید اسكندر مقدونی، با آن‌كه به ایران حمله و آن را اشغال كرده بود، لباس ایرانی می‌پوشید. در این جا به برخی از نوآوری‌های ایرانیان در زمینه‌ی پوشاك و پارچه اشاره می‌شود.

 

كت و شلوار

ایرانیان نخستین مردمانی بودند كه كت آستین‌دار و شلوار می‌پوشیدند. مردمان تمدن‌های دیگر، بابلی‌ها، آشوری‌ها، یونانی‌ها و رومی‌ها، شلوار نمی‌پوشیدند و حتی یونانی‌ها ایرانیان را به خاطر شلوارهای رنگی‌شان مسخره می‌كردند. ایرانیان حتی نوعی شلوار ویژه‌ی سواركاری نیز داشتند كه تنگ و چسبان بود و اغلب از چرم ساخته می‌شد.

شلوار در اصل شروال خوانده می‌شد. عرب‌ها آن را سروال نامیدند و جمع آن را سراویل می‌گویند. در تركی و كردی نیز شروال گفته می شود. مجارهای آن را شلواری (Schalwary) می‌گویند. به زبان لاتین، سارابارا (Sarabara) گفته می‌شد. واژه‌ی انگلیسی Pajama (پاجاما) از واژه‌ی پای جامه ساخته شده است كه از واژه‌های فارسی كهن است.

 

پوشش زنان

ایرانیان از دیرباز به پاكدامنی اهمیت می‌دادند و زنان ایرانی پوشیده با چادر یا پوشش‌های دیگری كه بخش‌هایی از موها را می‌پوشاند و تنه را در بر می‌گرفت، در میان مردان ظاهر می‌شدند. در یك مهر سنگی استوانه‌ای كه از دوره‌ی هخامنشی برجای مانده و اكنون در موزه‌ی لوور فرانسه نگهداری می‌شود، شاهزاده‌ی ایرانی و ندیمه‌هایش دیده می شود كه شاهزاده چادر و ندیمه‌ها سرپوش دارند. در طرحی كه روی سنگی در ارگیلی تركیه نقش بسته است، زن ایرانی باپوشش چادر و سوار بر اسب دیده می‌شود. حتی سرپوش‌های پارچه‌ای دوره‌ی هخامنشی از زیر برف‌های منطقه‌ی پازریك روسیه پیدا شده است. (یادآوری می‌شود، سرزمین‌هایی كه نام بردیم، بخشی از امپراطوری پهناور پارس‌ها بودند.)

 

گلدوزی

نقش زدن بر پارچه و لباس از دیرباز در ایران مرسوم بود. در تابوت سنگی اسكندر كه در موزه‌ی استامبول نگهداری می‌شود، ایرانیان شلوارهایی با پارچه‌های زیبا پوشیده‌اند كه طرح دار و گاهی نقش‌هایی از گل‌ها دارند. گل‌دوزی در دوره‌ی صفویه به شكوفایی رسید به نحوی كه هنرمندان روم شرقی (امپراتوری بیزانس) طرح‌های ایرانی را بر لباس‌های فاخر نقش می‌زدند. حتی ریشه‌ی عنصرهای اصلی گلدوزی امروزی نیز به ایران بازمی‌گردد كه از راه كشورهای ساحل دریای مدیترانه به ایتالیا و اسپانیا رفته و بعدها در سرزمین‌های دیگر مورد توجه قرار گرفته است.

 

ابریشم ایرانی

بافتن پارچه از ایران آغاز شده و تا دروه‌ی صفوی از مهم‌ترین فرآورده‌های صادراتی ایرانیان بوده است. با آن كه بافت ابریشم به چینی‌ها بازمی‌گردد، ابریشم ایرانی در دوره‌ی ساسانیان به چنان كیفیت و ظرافتی رسیده بود كه چینی‌ها نیز از ایران پارچه‌ی ابریشمی وارد می‌كردند. برخی از پارچه‌های ایرانی كه ویژه‌ی اسقف‌ها تهیه شده، هنوز در گنجینه‌های كلیساهای اروپا نگهداری می‌شود.

ردپای شكوه صنعت پارچه‌بافی را در واژه‌های ایرانی كه به زبان‌های مختلف راه‌یافته است، می‌توان پیدا كرد.

در زبان عربی: دیباج (از واژه‌ی دیباگ به مفهوم زری ابریشمی) و استبرق (از واژه‌ی ستبرگ به مفهوم نوعی پارچه‌ی ابریشمی)

در زبان انگلیسی: Tafta (از واژه‌ی تافته به مفهوم نوعی پارچه‌ی ابریشمی) Chintz (از واژه‌ی چیت به مفهوم نوعی پارچه)

در زبان روسی: Izarbaf (از واژه‌ی هزارباف به مفهوم پارچه‌ی زری گلابتون) و Partcha (از واژه‌ی پارچه)

 

 

لباس ورزش

ایرانیان نخستین مردمانی هستند كه از لباس ورزشی استفاده می‌كردند. چوگان ورزش باستانی و مورد علاقه‌ی ایرانیان بود. چوگان بازان نوعی پیراهن نیم‌آستین و شلوار تنگی می‌پوشیدند تا هنگاه بازی راحت‌تر باشند. جنس پیراهن چوگان بازی را نیز نوعی انتخاب كرده بودند تا كم‌تر عرق كنند. انگلیسی‌ها در سال‌های استعمار هندوستان در آن سرزمین با چوگان و لباس نیم آستین آشنا شدند و آن را به خود به اروپا بردند كه بعدها به آمریكا نیز راه یافت و به تی‌شرت‌های امروزی منجر شد.

 

لباس شوالیه‌ها

در دوره‌ی اشكانیان و ساسانیان مردان جنگی خود و اسبانشان را زره پوش می‌كردند. در تاق بستان، در كرمانشاه، سربازی زره‌پوش سوار بر اسب زره‌پوش بر پهنه‌ی سنگ كنده‌كاری شده است كه با دیدن آن به یاد شوالیه‌های اروپایی می‌افتیم. در واقع، شوالیه‌های اشكانی سرمشق شوالیه‌های اروپایی قرار گرفتند.

 

 

نوآوری‌های دیگر

دستكش: گزنفون، تاریخ‌نگار یونانی با ایرانیانی روبه‌رو شده بود كه دستهایشان را در پوست‌های ضخیم و قاب‌هایی نگه می‌داشتند. نمونه‌هایی از دستكش‌های زینتی در موزه‌ی ایران باستان نگهداری می‌شود.

انوع كلاه: ایرانیان از دیرباز كلاه‌های گوناگونی می‌پوشیدند كه نشان‌دهنده‌ی موقعیت اجتماعی آنان بود. كلاه پاپ‌ها و حتی تاج برخی از پادشاهان قدیم اروپا، برگرفته از كلاه و تاج‌ پادشاهان ایران است.

چكمه : پوشیدن چكمه‌های چرمی از زمان هخامنشیان مرسوم بود و حتی ژوستی‌نین، امپراتور روم شرقی، چكمه‌های ایرانی می‌پوشید.

شال: هنوز هم در زبان انگلیسی به همین نام خوانده می‌شود (shawl) و نوع مردانه و زنانه‌ی آن هر دو نوآوری ایرانی هستند.

آن سه خرمند: طرحی از سه مغ زردشتی كه برای شست‌ و شو و معطر كردن عیسی مسیح(ع) دعوت شده یودند. این تصویر موراییك، بر دیوار كلیسای سنت اپالینار در شهر راون ایتالیا نقش بسته است.