ما هي ذاكرة التخزين المؤقت على القرص؟

هناك فئتان رئيسيتان من ذاكرة التخزين المؤقت ، ذاكرة التخزين المؤقت للقراءة وذاكرة التخزين المؤقت للكتابة. ذاكرة التخزين المؤقت للقراءة هي أداة توفر وصولاً سريعًا إلى البيانات التي قد يكون الوصول إليها بطيئًا. ذاكرة التخزين المؤقت للكتابة هي أداة توفر وهم سرعات الكتابة السريعة ، وهي تخفي عمومًا السرعة البطيئة الحقيقية لجهاز الذاكرة عن المستخدم.

هيكل مخبأ

عادةً ما يتم تخزين ذاكرة التخزين المؤقت بدرجة واحدة أقل من البيانات الفعلية. ومع ذلك ، قد يتم تخزين البيانات من ذاكرة تخزين مؤقت أخرى مؤقتًا في طبقة الذاكرة التالية. توجد أربع طبقات للذاكرة ، مع كون ذاكرة التخزين المؤقت / السجلات الخاصة بوحدة المعالجة المركزية هي المستوى الأدنى والأسرع ، كما أن التخزين الأرشيفي هو المستوى الأعلى والأبطأ. المستويات الأدنى إلى الأعلى هي ذاكرة التخزين المؤقت / سجلات وحدة المعالجة المركزية ، وذاكرة الوصول العشوائي للنظام ، ومحركات التخزين ، وتخزين الأرشيف.

توفر كل خطوة إلى أسفل طبقات الذاكرة سرعة وصول متزايدة ولكن سعة أقل. معظم المستخدمين المنزليين لديهم فقط أدنى ثلاث طبقات تخزين في العالم الحقيقي. يشير التخزين الأرشيفي عمومًا إلى تخزين الشريط المخصص للتخزين طويل الأجل وغير المتصل بالإنترنت. يمكن أن يشير التخزين الأرشيفي أيضًا إلى استخدام وسائط التخزين الضوئية أو غيرها من وسائط التخزين القياسية التي تمت إزالتها من الأجهزة وتم الاحتفاظ بها في وضع عدم الاتصال. من المرجح بشكل كبير العثور على هذه الأمثلة في المنزل ولكنها لا تزال غير شائعة.

ملحوظة: إلى حد ما ، يمكن اعتبار التخزين السحابي نوعًا مختلفًا من التخزين الأرشيفي. إنه متصل بالإنترنت كثيرًا ولكن ليس بالضرورة الوصول إليه على الفور ويكون الوصول إليه بطيئًا بشكل عام. الوسائط القابلة للإزالة مثل ذاكرة USB تتخطى إلى حد ما الحدود بين محرك التخزين وتخزين الأرشيف.

أنواع ذاكرة التخزين المؤقت على القرص

تشير ذاكرة التخزين المؤقت للقرص إلى أي ذاكرة تخزين مؤقت على "قرص" ، أي محركات أقراص التخزين مثل محركات أقراص الحالة الصلبة ومحركات الأقراص الثابتة. هناك ثلاثة أنواع من ذاكرة التخزين المؤقت على القرص. قد تتضمن ذاكرة التخزين المؤقت للقراءة نسخ بعض البيانات من التخزين الأرشيفي مؤقتًا لجعل الوصول أسرع أثناء الحاجة إليه. يمكن أن تأخذ ذاكرة التخزين المؤقت للكتابة شكل ذاكرة التخزين المؤقت SLC على SSD. عادةً ما تكون ذاكرة التخزين المؤقت للإدخال / الإخراج عبارة عن ذاكرة فلاش أو ذاكرة DRAM تستخدم للتخزين المؤقت لعمليات القراءة والكتابة. السمة المميزة لكل هذه هي أن ذاكرة التخزين المؤقت موجودة على القرص نفسه.

قراءة ذاكرة التخزين المؤقت على القرص

من المحتمل أن يكون إصدار ذاكرة التخزين المؤقت للقراءة لذاكرة التخزين المؤقت على القرص هو النوع الأقل استخدامًا لذاكرة التخزين المؤقت على القرص. نادرًا ما تكون هناك حاجة إلى تخزين أرشيفية ، بحكم تعريفه ذاته. يمكن أيضًا قراءة البيانات مباشرة من الوسائط الأرشيفية. القضية هي السرعة. وقت الوصول بطيء لأن البيانات غير متصلة بالإنترنت ، مما يتطلب تحديد جهاز تخزين مناسب وتوصيله. تعتمد سرعات القراءة على وسيط الأرشفة ولكنها ستكون كافية بشكل عام لمعظم الحالات. ولكنها قد لا تكون مثالية لمتطلبات النطاق الترددي العالي مثل عرض الفيديو عالي الدقة. في هذه السيناريوهات ، يمكن استخدام ذاكرة التخزين المؤقت لقرص القراءة لتخزين نسخة من ملف الفيديو مؤقتًا إلى وسيط تخزين يمكنه إعادة تشغيله في الوقت الفعلي.

اكتب ذاكرة التخزين المؤقت على القرص

تتميز محركات أقراص الحالة الصلبة الحديثة بسرعة فائقة ، وتقدم سرعات قراءة وكتابة سريعة بشكل لا يصدق. ما قد لا تدركه هو أن هذا ليس صحيحًا من الناحية الفنية. معظم محركات أقراص الحالة الثابتة (SSD) الموجودة في السوق هي TLC ، والتي تُعرف أيضًا باسم خلايا الطبقة الثلاثية. هذا يعني أن كل خلية ذاكرة يمكنها تخزين ثلاث بتات من البيانات. في حين أن هذا يوفر ثلاثة أضعاف كثافة تخزين SLC الخام (خلايا الطبقة المفردة) بتة واحدة لكل خلية ، إلا أنها أيضًا أبطأ بكثير.

نصيحة: لا يزال فلاش TLC سريعًا. إنه أسرع بعدة مرات من ذروة النطاق الترددي لناقل SATA 3 الذي تستخدمه محركات الأقراص الثابتة ومحركات أقراص الحالة الصلبة المبكرة. يعد فلاش QLC أو الخلايا الرباعية المستوى أبطأ ، وفي بعض الاختبارات يكون أداءه في الواقع أبطأ من محركات الأقراص الثابتة.

تم اختراع ذاكرة التخزين المؤقت SLC لإخفاء سرعات الكتابة البطيئة عن المستخدم. يتعامل ذاكرة التخزين المؤقت في SLC ببساطة مع فلاش TLC على أنه فلاش SLC ، مما يسمح له بالعمل بسرعات أعلى. ثم يتم نسخ البيانات المكتوبة إلى ذاكرة التخزين المؤقت SLC داخليًا إلى تنسيق TLC بالسرعة التي تسمح بها سرعات الكتابة. تعمل هذه التقنية بشكل ممتاز ، وتقدم سرعات متزايدة تتطلب تطوير معايير جديدة وأسرع.

ومع ذلك ، تحتوي مخابئ SLC على بعض المحاذير. حجم ذاكرة التخزين المؤقت SLC هو 1/3 من المساحة الخالية المتبقية لمحرك أقراص الحالة الصلبة. مع امتلاء SSD ، يتناقص حجم ذاكرة التخزين المؤقت SLC. هذه ليست مشكلة كبيرة على محركات الأقراص الفارغة الكبيرة ولكن يمكن أن تكون على SSD أصغر أو قريب من السعة. بمجرد ملء ذاكرة التخزين المؤقت SLC ، يرى المستخدم أن سرعات الكتابة تنخفض بشكل كبير حيث يتعرضون لسرعة كتابة TLC الأصلية.

ملحوظة: من الناحية الفنية ، إذا تمت كتابة البيانات في وسائط أرشيفية في المستقبل ، فيمكن اعتبار أي قرص تخزين بمثابة ذاكرة تخزين مؤقت للكتابة للوسائط الأرشيفية. هذا المعنى لا يُفترض عمومًا.

I / O Disk Cache

محركات الأقراص الصلبة بشكل عام بطيئة جدًا ، حتى في أحمال العمل المثلى. للمساعدة في إخفاء هذا عن المستخدم قدر الإمكان ، يمكن استخدام ذاكرة التخزين المؤقت I / O. تخزن ذاكرة التخزين المؤقت للإدخال / الإخراج عمليات القراءة والكتابة حسب الحاجة. تتكون ذاكرة التخزين المؤقت هذه عادةً من ذاكرة فلاش أو DRAM في محرك الأقراص نفسه. السعات منخفضة بشكل عام ، على الرغم من أن فئة SSHD أو Solid State Hybrid Drive التي تتميز بذاكرة فلاش توفر إمكانات أكبر على الرغم من أنها لا يمكن مقارنتها بقدرات SSD الحديثة.

قراءات التخزين المؤقت تعني أن محرك الأقراص الثابتة ليس مضطرًا إلى البحث عن البيانات ثم قراءتها. يمكن أن يقدم هذا مزايا أداء ممتازة ، ولكن فقط في عمليات القراءة اللاحقة. القراءة الأولى دائما بطيئة. عمليات الكتابة في ذاكرة التخزين المؤقت تعني أنه يمكن استيعاب عمليات الكتابة الصغيرة في ذاكرة التخزين المؤقت ثم كتابتها على محرك الأقراص الثابتة الفعلي بأسرع ما تسمح به. يوفر هذا سرعات أعلى ولكنه يشهد انخفاضًا كبيرًا في الأداء إذا تم استنفاد ذاكرة التخزين المؤقت.

يجب أن توازن ذاكرة التخزين المؤقت للإدخال / الإخراج بعناية بين احتياجات وظائف القراءة والكتابة ، خاصةً عند توفر ذاكرة تخزين مؤقت صغيرة فقط. تعمل ذاكرات التخزين المؤقت الأكبر حجمًا على إبطال هذه المشكلة إلى حد ما ، على الرغم من أن حالات الحافة التي تحتوي على مجموعات بيانات كبيرة يمكن أن تطغى على ذاكرة التخزين المؤقت للفلاش لأكبر محركات أقراص الحالة الصلبة.

ملحوظة: يمكن لمحركات الأقراص الثابتة SSD أيضًا أن تستخدم تقنية DRAM الموجودة على متنها كذاكرة تخزين مؤقت للإدخال / الإخراج. ومع ذلك ، يتم استخدام هذا عادةً بشكل أساسي أو حصري لتخزين جدول ترجمة العنوان المنطقي إلى المادي المستخدم للعثور على البيانات على SSD.

خاتمة

ذاكرة التخزين المؤقت على القرص هي ذاكرة تخزين مؤقت توجد مباشرة على محرك أقراص التخزين. يمكن أن يأخذ شكل ذاكرة التخزين المؤقت للقراءة أو الكتابة أو ذاكرة التخزين المؤقت I / O. قراءة ذاكرات التخزين المؤقت عادةً ما تقوم بتخزين البيانات مؤقتًا من تخزين أرشيفية أبطأ. مخابئ الكتابة تخفي سرعات الكتابة البطيئة لأقراص التخزين عن المستخدم. تخفي مخابئ الإدخال / الإخراج كلاً من القراءة البطيئة وسرعات الكتابة البطيئة عن المستخدم.

تعتبر ذاكرات التخزين المؤقت من أدوات الاستخدام الممتازة ولكنها يمكن أن تسبب بعض المتاعب للمستخدمين عند نفادها. هذا ينطبق بشكل خاص على ذاكرة التخزين المؤقت للكتابة الديناميكية مثل ذاكرة التخزين المؤقت SLC. نظرًا لأن المستخدمين غير التقنيين قد لا يفهمون سبب بطء سرعات الكتابة لديهم وبالتالي لا يتمكنون من إصلاحها من خلال معالجة مشكلات السعة.