Caching - Simply Explained

Simply Explained

25 Nov 202004:55

Summary

TLDRفي هذا الفيديو، يتم شرح مفهوم التخزين المؤقت (الكاش) وكيفية استخدامه في الحواسيب لتسريع الوصول إلى البيانات. يتم مقارنة الكاش بمكتبة تحتوي على كتب يمكنك الوصول إليها بسرعة بدلاً من الذهاب إلى المكتبة في كل مرة. كما يتم استعراض كيفية استخدام الكاش في المتصفحات والأجهزة، مثل المعالجات والأقراص الصلبة. يتم التطرق أيضاً إلى استراتيجيات إخلاء الكاش مثل الاستبدال الأقل استخدامًا والاستبدال العشوائي. وفي النهاية، يتم تسليط الضوء على تاريخ ابتكار الكاش منذ أكثر من 55 عامًا.

Takeaways

😀 التخزين المؤقت (الكاش) يعني تخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر بالقرب من المكان الذي يتم طلبها منه، مما يزيد من سرعة الوصول إليها.
😀 الكاش يساعد في تسريع الوصول للبيانات من خلال تقليل الحاجة إلى تحميلها من المصدر الأساسي كل مرة.
😀 مثال على الكاش هو عندما تقوم بزيارة موقع مثل يوتيوب لأول مرة، يقوم المتصفح بتنزيل كل الموارد التي يتطلبها الموقع، وفي الزيارات التالية يتم جلب الموارد المخزنة محليًا.
😀 الكاش يستخدم في العديد من الأجهزة الحديثة مثل المعالجات والبطاقات الرسومية والأقراص الصلبة والـ SSDs.
😀 هناك هيكل هرمي لذاكرة الكاش، حيث تكون الذاكرة الأسرع والأصغر في الأعلى (داخل المعالج) بينما تكون الذاكرة الأبطأ والأكبر في الأسفل (مثل الأقراص الصلبة).
😀 عندما يتم ملء الكاش، يجب اتخاذ قرار بشأن البيانات التي يجب إبقاؤها والتي يجب إزالتها. هذه العملية تسمى استراتيجيات إخلاء الكاش.
😀 واحدة من استراتيجيات إخلاء الكاش هي إزالة العناصر التي تم استخدامها أقل مؤخراً، وتسمى هذه الاستراتيجية LRU (أقل استخداماً مؤخراً).
😀 هناك استراتيجية أخرى تسمى الاستبدال العشوائي، حيث يتم إزالة عنصر عشوائي من الكاش عندما يصبح ممتلئاً.
😀 على الرغم من أن الاستبدال العشوائي قد يبدو غير فعال، إلا أنه بسيط في التنفيذ ويُستخدم في الأجهزة الصغيرة مثل معالجات ARM.
😀 الكاش تم اختراعه في عام 1965 بواسطة العالِم البريطاني موريس ويلكس، ولا يزال يُستخدم ويتم تحسينه حتى اليوم.

Q & A

ما هو مفهوم التخزين المؤقت (الكاش)؟
-التخزين المؤقت هو تخزين الأشياء التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر بالقرب من المستخدم أو النظام الذي يطلبها، مما يزيد من سرعة الوصول إليها.
ما هي مقارنة الكتاب مع التخزين المؤقت؟
-في الكتاب، يتم مقارنة التخزين المؤقت بالكاش الذي نضع فيه كتاباً على المكتب بدلاً من العودة إلى المكتبة كل مرة نحتاج فيها إلى المعلومات.
كيف يتم استخدام التخزين المؤقت في متصفحات الإنترنت؟
-عندما تزور موقعاً على الإنترنت للمرة الأولى، يقوم المتصفح بتنزيل كل الموارد المتعلقة بالموقع مثل الصور والنصوص. في الزيارات التالية، يتم تحميل هذه الموارد من الكاش بسرعة بدلاً من إعادة تنزيلها من الإنترنت.
ما هي فائدة مسح الكاش؟
-مسح الكاش يمكن أن يحل بعض المشاكل حيث يمكن أن يستخدم المتصفح إصدارات قديمة من الموقع المخزنة في الكاش، وعند مسحها يقوم المتصفح بتحميل النسخة الأحدث.
ما هي الأمثلة الأخرى لاستخدام الكاش بجانب المتصفحات؟
-الكاش يستخدم أيضاً في العديد من الأجهزة الحديثة مثل المعالجات، وحدات معالجة الرسومات (GPUs)، والأقراص الصلبة (HDD) والأقراص الصلبة السريعة (SSD).
ما هو الهيكل الهرمي للذاكرة في الأجهزة؟
-الهيكل الهرمي للذاكرة يتكون من ذاكرة سريعة جداً ومحدودة في المعالجات، ثم ذاكرة أقل سرعة مثل SSD أو HDD والتي تحتوي على سعات أكبر.
كيف يتم مقارنة الهيكل الهرمي للذاكرة بمكتبة؟
-مثل المكتبة، يتم وضع الكتب الأكثر طلباً في مكان قريب من المدخل (كاش صغير وسريع)، بينما تُخزن الكتب الأقل طلباً في الأماكن الأبعد التي تحتاج إلى وقت أطول للوصول إليها.
ما هي استراتيجيات إخلاء الكاش؟
-استراتيجيات إخلاء الكاش تشمل 'الحد الأدنى للاستخدام الأخير' (LRU) حيث يتم إخلاء العناصر التي لم تُستخدم مؤخراً، وأيضاً 'الإزالة العشوائية' حيث يتم إزالة عنصر عشوائي من الكاش.
ما هي فائدة استخدام استراتيجية LRU؟
-استراتيجية LRU تساعد في الحفاظ على العناصر الأكثر استخداماً في الكاش، مما يسرع الوصول إليها، رغم أنها قد تكون أبطأ قليلاً بسبب الحاجة إلى تتبع وقت آخر استخدام.
ماذا عن استراتيجية الإزالة العشوائية؟
-استراتيجية الإزالة العشوائية تقوم بإزالة عنصر عشوائي من الكاش عندما يكون ممتلئاً، وعلى الرغم من أنها قد تبدو غير فعالة، إلا أنها تعمل بشكل جيد في بعض الأجهزة مثل معالجات ARM.
من الذي اخترع مفهوم التخزين المؤقت؟
-تم اختراع مفهوم التخزين المؤقت في عام 1965 بواسطة موريس ويلكس، وهو عالم حاسوب بريطاني.