تحسين أداء ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية في نظام التشغيل ويندوز

إنفورماتيك ديجيتال » موارد » تحسين أداء ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية في نظام التشغيل ويندوز

La تحسين ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية إنه أحد تلك المواضيع التي تفصل بين الكود الذي "يعمل" والكود الذي "يطير". عندما نفهم كيفية تنظيم الذاكرة، وأوقات الوصول التي يتعامل معها كل مستوى، وكيف يتصرف الجهاز، يمكننا تحقيق تحسينات هائلة في الأداء دون تغيير الأجهزة.

في الوقت نفسه، يعاني عدد كبير من مستخدمي نظام ويندوز من مشكلة أكثر شيوعًا: بطء أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم. وغالبًا ما يكمن جذر المشكلة تحديدًا في الاستخدام غير الفعال للذاكرة، وذاكرة التخزين المؤقت، ووحدة المعالجة المركزية نفسها. مع مزيج من تصميم جيد على مستوى منخفض (هياكل البيانات، أنماط الوصول إلى الذاكرة) و الإعدادات العملية في نظام التشغيل ويندوز (التنظيف، التحديث، أوضاع الطاقة، إلخ)، يمكن تحقيق تحسينات ملحوظة للغاية، من زيادات صغيرة بنسبة 5٪ إلى قفزات بنسبة 30-40٪ في سيناريوهات معينة.

التسلسل الهرمي للذاكرة وزمن الاستجابة: لماذا تُعدّ ذاكرة التخزين المؤقت هي الأساس؟

قبل أن نبدأ بتعديل التعليمات البرمجية أو تهيئة نظام ويندوز، علينا أن نفهم أمراً واحداً بوضوح: ليست كل أنواع الذاكرة متساوية. فالفرق بين الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأول (L1) والثاني (L2) والثالث (L3)، وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، والقرص الصلب هائل، والعديد من تحسينات ذاكرة التخزين المؤقت مبنية حرفياً على هذا الأساس. تجنب الذهاب إلى المستويات البطيئة كل شيء ممكن.

في المعالجات الحديثة، تكون أوقات الوصول النموذجية (من حيث رتبة المقدار) تقريبًا كما يلي: الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت L1 يستغرق الأمر حوالي نصف نانوثانية، بينما يستغرق فشل توقع القفزة عدة نانوثوانٍ. L2 يبلغ زمن الوصول حوالي 7 نانوثانية، بينما قد يتجاوز 100 نانوثانية للوصول إلى الذاكرة الرئيسية. وإذا انتقلنا إلى خارج الجهاز (الشبكة، أو محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة، أو القرص الصلب الميكانيكي)، فإن الأرقام ترتفع بشكل كبير إلى مئات الآلاف أو ملايين النانوثواني.

هذا الاختلاف الجوهري هو ما يجعل تنظيم البيانات بشكل صحيح، وتقليل أخطاء ذاكرة التخزين المؤقت، وتصميم أنماط الوصول المتسلسل أمورًا بالغة الأهمية. ستكون الحلقة التي تعمل في ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأول (L1) أسرع بكثير من تلك التي تصل باستمرار إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) أو محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة (SSD)، حتى لو كانت تؤدي نفس الوظيفة منطقيًا.

علاوة على ذلك، تُنظَّم ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية في عدة مستويات: المستوى الأول (L1)، صغير جدًا وسريع للغاية؛ المستوى الثاني (L2)، أكبر حجمًا وأبطأ نوعًا ما؛ والمستوى الثالث (L3)، أكبر حجمًا، وغالبًا ما يكون مشتركًا بين النوى. الفكرة هي إبقاء البيانات "الساخنة" (البيانات التي تُستخدم بكثرة) في متناول اليد، وتخصيص الباقي لمستويات أبطأ. كمطورين، يمكننا المساعدة في تحقيق ذلك بشكل طبيعي من خلال تصميم جيد لبنية البيانات، و إمكانية الوصول المتوقعة.

ما هي ذاكرة التخزين المؤقت ولماذا تؤثر على الأداء؟

تُعدّ ذاكرة التخزين المؤقت، في أي سياق (وحدة المعالجة المركزية، القرص، الويب...)، تخزين سريع للبيانات المستخدمة مؤخراًبدلاً من الوصول دائماً إلى أبطأ مصدر، نحتفظ بنسخة مما يُرجح إعادة استخدامه. هذا يُقلل وقت الاستجابة ويُخفف الضغط على الموارد الأساسية.

بشكل عام، تُستخدم تقنية التخزين المؤقت لتسريع الوصول وتحسين تجربة المستخدم. عمليًا، تُمكّن هذه التقنية النظام من إنجاز المزيد من العمل باستخدام نفس الموارد المادية: تقليل وقت الانتظار، وتقليل عدد الكتل، وتقليل عدد قوائم الانتظار. لهذا السبب، تُستخدم في وحدات المعالجة المركزية، والأقراص، والمتصفحات، والأنظمة الموزعة، وفي أي برنامج تقريبًا يتعامل مع البيانات بكثافة.

يحتوي جهاز الكمبيوتر الشخصي النموذجي على عدة أنواع من ذاكرة التخزين المؤقت: ذاكرة التخزين المؤقت للقرص (ذاكرة الوصول العشوائي التي تخزن البيانات من القرص الصلب)، ذاكرة التخزين المؤقت على شبكة الإنترنت (موارد المتصفح الثابتة) و ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية (L1، L2، L3). جميعها تعمل بنفس الفكرة الأساسية: تخزين ما قد يكون مطلوبًا لاحقًا، وتجنب تكرار العمليات البطيئة.

أنواع ذاكرة التخزين المؤقت: ذاكرة التخزين المؤقت للقرص، وذاكرة التخزين المؤقت للويب، وذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية

في الأنظمة الواقعية، تتداخل عدة آليات للتخزين المؤقت، كلٌّ على مستواه الخاص. ويساعد فهم هذه الآليات في تحسين البرمجة وتشخيص سبب انخفاض أداء الحاسوب عن المتوقع.

ذاكرة التخزين المؤقت على القرص

ذاكرة التخزين المؤقت للقرص هي منطقة من الذاكرة (عادةً ذاكرة الوصول العشوائي) حيث يقوم نظام التشغيل يخزن البيانات التي تمت قراءتها أو كتابتها مؤخرًا على القرصعندما يطلب التطبيق تلك البيانات مرة أخرى، يقوم النظام أولاً بفحص ذاكرة التخزين المؤقت: إذا كانت موجودة، فإن الوصول إليها يكون أسرع بكثير من الذهاب إلى القرص، خاصة إذا كنا نتحدث عن الأقراص الميكانيكية.

تعمل هذه الآلية على تقليل أوقات التحميل بشكل كبير، وتقلل من عدد عمليات القراءة والكتابة الفعلية، وبالتالي، يطيل عمر القرصفي السيناريوهات التي تتضمن الوصول المتكرر إلى نفس الملفات (قواعد البيانات، والخوادم، والتطبيقات الثقيلة)، فإن التخزين المؤقت للقرص يحدث فرقًا كبيرًا.

ذاكرة التخزين المؤقت للويب

في المتصفح، تخزن ذاكرة التخزين المؤقت للويب مؤقتًا الصور، وملفات أنماط CSS، وجافا سكريبت، وموارد أخرى. وبفضل ذلك، عندما تعود إلى صفحة ما أو تتنقل بين أقسام داخل الموقع نفسه، يستطيع المتصفح... اسحب مما لديك مخزن بالفعل بدلاً من طلبه مرة أخرى عبر الإنترنت.

والنتيجة مزدوجة: تقليل وقت التحميل للمستخدم، وخفض استهلاك النطاق الترددي، سواءً على اتصالك أو على الخادم الذي يقدم المحتوى. مع ذلك، إذا لم تتم إدارة ذاكرة التخزين المؤقت بشكل صحيح، فقد تظهر موارد قديمة، ولذلك يُنصح أحيانًا بمسحها.

ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية: المستويات L1 و L2 و L3

تُعدّ ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج (CPU cache) جوهرة التاج من حيث الأداء. تتضمن المعالجات الحديثة عدة مستويات هرمية مصممة لتقليل زمن الوصول إلى البيانات والتعليمات. وبشكل عام، تُعتبر ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأول (L1) الأصغر والأسرع، تليها ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني (L2) المتوسطة، ثم ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثالث (L3) الأكبر والأبطأ، وغالبًا ما تكون مشتركة.

La ذاكرة التخزين المؤقت L1 عادةً ما يتم تقسيمها إلى تعليمات وبيانات، بأحجام نموذجية تبلغ بضع عشرات من الكيلوبايت لكل نواة. وهي سريعة للغاية وتُستخدم للمهام الأكثر إلحاحًا. ذاكرة التخزين المؤقت L2 يتمتع بسعة أكبر (من مئات الكيلوبايت إلى عدة ميغابايت) ويعمل كنسخة احتياطية من المستوى الأول. ذاكرة التخزين المؤقت L3 يمكن أن تصل إلى عدة ميغابايت أو عشرات الميغابايت، ويتم مشاركتها بين عدة نوى، وتعمل كمستوى أخير قبل الانتقال إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).

عندما يكون نمط الوصول إلى الذاكرة متسلسلًا أو قابلًا للتنبؤ بشكل معقول، يكون الجهاز قادرًا على توقعه ونقل البيانات إلى مستويات التخزين المؤقت هذه. أما عندما يكون فوضويًا، مليئًا بالقفزات العشوائية والهياكل المتناثرة، فإن المعالج يقضي وقتًا طويلًا جدًا. في انتظار الذاكرة ويشعر المعالج المركزي بالملل. وهنا يأتي دور تحسين مستوى الكود.

تحسين هياكل البيانات للتخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية

يعتمد جزء كبير من الأداء على كيفية تصميم هياكل البيانات. فليس من المنطقي وجود كائن ضخم يحتوي على حقول ساخنة وباردة مختلطة، كما هو الحال عند فصل البيانات المستخدمة بكثرة عن البيانات النادرة الاستخدام. لكل سطر ذاكرة تخزين مؤقتة يتم جلبه إلى المعالج تكلفة؛ فإذا ملأنا هذه الأسطر ببيانات غير ضرورية، فإننا نهدر عرض النطاق الترددي.

قم بتجميع البيانات الساخنة وفصل البيانات الباردة

تتمثل إحدى الاستراتيجيات الرئيسية في تحديد الحقول التي يتم الوصول إليها في كل عملية تقريبًا ("البيانات الساخنة") والحقول التي تُستخدم فقط من حين لآخر ("البيانات الباردة"). يجب أن تكون الأولى لنكون معاً في الذكرى وإذا أمكن، يمكن تضمينها في سطر واحد أو بضعة أسطر من ذاكرة التخزين المؤقت. ويمكن أن تكون هذه الأخيرة في بنية منفصلة، ​​يُشار إليها بواسطة مؤشر أو فهرس.

على سبيل المثال، بدلاً من وجود كائن مستخدم يحتوي على سلاسل نصية طويلة (الاسم، السيرة الذاتية، البريد الإلكتروني) ممزوجة بعلامات أو مؤشرات يتم التحقق منها باستمرار، من الأفضل تجميع البيانات "المهمة" (المعرف، آخر تسجيل دخول، حالة النشاط) في بنية مضغوطة، وترك باقي المعلومات في بنية "تفاصيل" منفصلة. بهذه الطريقة، عندما يتكرر البرنامج عبر قائمة المستخدمين للتحقق من حالة أو مؤشر، تكون أسطر ذاكرة التخزين المؤقت ممتلئة تقريبًا بالبيانات ذات الصلة.

قلل من الحشو واستفد بشكل أفضل من كل خط

وتكمن جبهة معركة أخرى في التصميم المادي للهياكل: ترتيب الحقول وأنواعها. وبسبب المحاذاة، فإن خلط أنواع ذات أحجام مختلفة بطريقة غير منظمة قد يؤدي إلى إدخال بايتات حشو لا تخدم سوى إهدار الذاكرة، والأسوأ من ذلك، خطوط ذاكرة التخزين المؤقت.

إذا أعدنا ترتيب بنية البيانات لتجميع الأنواع الكبيرة أولاً (مثل الأعداد العشرية أو int64_t)، ثم الأنواع المتوسطة، وأخيراً الأنواع الأصغر (مثل bool وchar)، فإننا عادةً ما نقلل أو نزيل جزءاً كبيراً من الحشو. وهذا يسمح بوضع عدد أكبر من العناصر في كل سطر من سطور التخزين المؤقت، مما يقلل الضغط على التسلسل الهرمي للذاكرة واحتمالية حدوث أخطاء في الوصول إلى الذاكرة.

اختر الحاويات المتجاورة

الحاويات التي تخزن العناصر فيها الذاكرة المتجاورةتُعدّ المتجهات، كنوع من أنواع المصفوفات، أكثر ملاءمةً لذاكرة التخزين المؤقت من الهياكل القائمة على العقد المتفرقة المرتبطة بالمؤشرات (الأشجار، والقوائم المرتبطة التقليدية، وما إلى ذلك). عند اجتياز متجه، يمكن للأجهزة التنبؤ بدقة بالوصول التالي وتحميل أسطر ذاكرة التخزين المؤقت التالية مسبقًا.

في المقابل، تقوم هياكل مثل الخرائط الشجرية أو القوائم المتصلة بتوزيع عقدها عبر الذاكرة الديناميكية، مما يجبر وحدة المعالجة المركزية على تتبع المؤشرات باستمرار. قد تؤدي كل قفزة إلى فقدان البيانات في الذاكرة المؤقتة، وبالتالي رحلة مكلفة للعودة إلى الذاكرة الرئيسية. لهذا السبب، توفر العديد من المكتبات الحديثة خرائط التجزئة الكثيفةفتح الجداول والحاويات الأخرى التي تحاول الحفاظ على البيانات مضغوطة قدر الإمكان.

تخزين إلكتروني للمجموعات الصغيرة

تتضمن العديد من الخوارزميات مجموعات صغيرة جدًا (بضعة أعداد صحيحة، بضع هياكل) يتم إنشاؤها وتدميرها باستمرار. إذا تسبب كل من هذه العمليات في تخصيص مساحة في الذاكرة الرئيسية، فإننا لا نتكبد تكاليف إدارة الذاكرة فحسب، بل تتشتت البيانات أيضًا عبر ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). الحل هو استخدام الحاويات مع مساحة تخزين عبر الإنترنت للأحجام الصغيرة.

يحجز هذا النوع من الحاويات مساحة لثمانية أو ستة عشر عنصرًا مباشرةً داخل الكائن نفسه. وطالما لم يتم تجاوز هذا الحد، فلا حاجة للوصول إلى الذاكرة الديناميكية، وتبقى البيانات مرتبطة ببقية حالة الدالة أو الفئة، وهو أمر مفيد جدًا للتخزين المؤقت.

أنماط الوصول: من AoS إلى SoA واستخدام مجموعات البتات

حتى مع وجود ذاكرات تخزين مؤقت مُصممة جيدًا، فإن نمط الوصول إلى البيانات يُحدد الأداء إلى حد كبير. فليس من السهل اجتياز مصفوفة بشكل تسلسلي، كما هو الحال عند الانتقال من عنوان إلى آخر بناءً على قائمة من المؤشرات. وهناك بعض التقنيات الشائعة لزيادة استخدام ذاكرة التخزين المؤقت إلى أقصى حد.

مصفوفة الهياكل (AoS) مقابل بنية المصفوفات (SoA)

يُعدّ التحوّل من تصميم "مصفوفة الهياكل" (AoS) إلى "بنية المصفوفة" (SoA) نمطًا كلاسيكيًا. في تصميم AoS، يُمثّل كل عنصر كائنًا ذا حقول متعددة (مثل موضع وكتلة جسيم)، وتُخزّن هذه العناصر بالتسلسل. عندما تحتاج فقط إلى قراءة جزء من هذه الحقول (مثل الموضع)، تُضطر إلى تحميل أسطر ذاكرة التخزين المؤقت التي تحمل أيضًا بيانات غير مستخدمة.

في خوارزمية SoA، من ناحية أخرى، تُفصل السمات المختلفة في مصفوفات متوازية: واحدة لـ x، وأخرى لـ y، وثالثة لـ z، ورابعة للكتلة، وهكذا. وبالتالي، إذا قامت خوارزمية بتحديث المواضع فقط، فإنها ستؤثر فقط على مصفوفات الإحداثيات، و ذاكرة التخزين المؤقت غير ملوثة بمعلومات غير ذات صلةعلاوة على ذلك، فإن هذا التصميم يفضل استخدام تقنية التوجيه المتجهي وتعليمات SIMD.

مجموعات البتات والمراجع حسب الفهرس

بالنسبة للنطاقات الصغيرة (مثل العلامات التي تتراوح من 0 إلى 255)، يُعد استخدام مجموعة بتات أكثر كفاءة من بنية المجموعة القائمة على التجزئة. فمجموعة بتات مكونة من 256 خانة تشغل بضع عشرات من البايتات فقط، وتتيح عمليات سريعة للغاية ومتصلة تمامًا ومُحسّنة لذاكرة التخزين المؤقت، بدلاً من الاضطرار إلى حل التعارضات في جدول التجزئة.

وبالمثل، استبدل المؤشرات بـ المؤشرات في المصفوفات المتجاورة يُمكن لهذا الأسلوب تقليل حجم البنى (مؤشرات 32 بت بدلاً من مؤشرات 64 بت) وتحسين تماسك الذاكرة المؤقتة. فبدلاً من توزيع العقد عبر الكومة، يتم تخزين متجه من العقد ويتم الإشارة إليها من خلال مواقعها، مما يُسهل عمليات الاجتياز التسلسلي.

الجلب المسبق: متى يجب إنجاز العمل قبل الموعد المحدد؟

بالإضافة إلى الجلب المسبق للأجهزة، الذي يحاول توقع أنماط الوصول التسلسلي، لدينا تعليمات الجلب المسبق للبرامج لـ تحميل البيانات المسبق في حالات محددة. وهذا منطقي عندما يكون النمط قابلاً للتنبؤ ولكنه ليس خطيًا تمامًا، كما يحدث في جداول التجزئة أو القوائم المرتبطة.

الفكرة العامة بسيطة: أثناء معالجة العنصر i، تُصدر تعليمات للمعالج لجلب العنصر i+1 (أو أي كتلة مستقبلية) إلى الذاكرة المؤقتة. عند الوصول إلى هذا العنصر، يكون احتمال وجوده بالفعل في L1 أو L2 مرتفعًا، مما يقلل وقت الانتظار. يمكن تنفيذ ذلك باستخدام وظائف الجلب المسبق للمترجم أو مكتبات محددة.

مع ذلك، لا جدوى من استخدام الجلب المسبق الصريح في عمليات الوصول المتسلسلة تمامًا، لأن الجهاز يتعامل معها تلقائيًا. في الواقع، قد يؤدي إضافة جلب مسبق غير ضروري إلى... قم بتلطيخ ذاكرة التخزين المؤقت ويؤدي ذلك إلى تدهور الأداء. وكما هو الحال دائمًا تقريبًا مع الأداء، فمن الأفضل قياسه قبل وبعد.

سياسات الموقع المخزن مؤقتًا والاستبدال والجلب المسبق

على المستوى النظري، تعتمد أنظمة التخزين المؤقت على سياسات تحدد مكان تخزين البيانات، ووقت استرجاعها، ونوع البيانات التي يجب حذفها عند عدم وجود مساحة كافية. ورغم أن هذه التفاصيل تُدار بواسطة الأجهزة أو نظام التشغيل، فإن فهمها يُساعد في تفسير بعض السلوكيات غير المعتادة.

فيما يتعلق بالموقع، يمكن استخدام المخططات التالية: تجزئة الذاكرة أو التخصيص التجميعي، حيث لا يمكن ربط كل عنوان في الذاكرة الرئيسية إلا بمجموعة فرعية من ذاكرة التخزين المؤقت. يؤثر هذا على عدد التعارضات واحتمالية تداخل عنوانين داخل ذاكرة التخزين المؤقت.

فيما يتعلق بتفريغ ذاكرة التخزين المؤقت (ما يحدث عند عدم العثور على البيانات المطلوبة)، تُستخدم سياسات الاستبدال التالية: LRU (الأقل استخدامًا مؤخرًا)، وFIFO (الأول في الأول)، أو حتى الاستبدال العشوائي. تحاول LRU الاحتفاظ بالبيانات الأكثر استخدامًا مؤخرًا في ذاكرة التخزين المؤقت، بافتراض الحاجة إليها مجددًا، بينما تتخلص FIFO ببساطة من أقدم البيانات. لكل سياسة مزاياها الخاصة بناءً على نمط الوصول الفعلي.

في قسم الجلب المسبق، توجد آليات تعتمد على الأنماط التاريخية: إذا اكتشف الجهاز أن كل عملية وصول يتم إزاحتها، على سبيل المثال، بمقدار 64 بايت دائمًا، فسيميل إلى توقع الكتل المجاورةفي حالات أخرى، يتم استخدام جلب المساحة المسبق (جلب كتلة كاملة حتى لو طلبت جزءًا منها فقط) لتقليل عدد الرحلات إلى الذاكرة الرئيسية.

قياس وتحليل سلوك ذاكرة التخزين المؤقت

التحسين دون قياس أشبه بالعمل في الظلام. توجد أدوات لتحليل الأداء تتيح لك الاطلاع على مقاييس محددة لذاكرة التخزين المؤقت: المراجع، حالات عدم الوصول إلى المستوى الأول (L1 misses)، حالات عدم الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأخير (LLC misses)، نسبة حالات عدم الوصول، إلخ. تشير هذه المقاييس إلى ما إذا كانت التغييرات التي أجريتها تُحسّن الوضع فعلاً.

على سبيل المثال، إذا كانت نسبة الأخطاء في ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأول (L1) حوالي 2-3%، فإنها تُعتبر عادةً معقولة، في حين أن معدلات الأخطاء المرتفعة جدًا في ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الأخير قد تشير إلى وجود مشاكل في الموقع المكاني أو الزمنييساعد الجمع بين هذه الأرقام وملفات تعريف وحدة المعالجة المركزية والذاكرة في اكتشاف أي أجزاء من التعليمات البرمجية تضع أكبر ضغط على التسلسل الهرمي للذاكرة.

تحسين ذاكرة التخزين المؤقت والأداء في نظام التشغيل ويندوز

بغض النظر عن الكود البرمجي نفسه، يتساءل العديد من المستخدمين عن سبب بطء أداء أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بنظام ويندوز، على الرغم من امتلاكها، نظرياً، معالجاً مركزياً وذاكرة وصول عشوائي جيدين. يكمن جزء من الإجابة في النظام نفسه، والتطبيقات المثبتة عليه، وتراكم الملفات الرقمية غير الضرورية. إنها تستهلك موارد المعالج والذاكرة والذاكرة المؤقتة. باستمرار، مما يترك موارد أقل للمهام المهمة. من خلال تطبيق العديد من التحسينات المحددة في نظامي التشغيل ويندوز 10 وويندوز 11، من الممكن تحرير موارد وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي (على سبيل المثال، عن طريق تكوين الذاكرة الافتراضية) وتقليل العمليات التي تعمل في الخلفية، وتحسين قدرة النظام على تخزين البيانات ذات الصلة مؤقتًا. وبحسب الوضع الأولي، قد تتراوح هذه التحسينات من تعديلات طفيفة إلى تغييرات ملحوظة جدًا في الأداء العام.

تحديث الويندوز وبرامج التشغيل

من الخطوات الأساسية التي يتجاهلها الكثيرون هي تحديث نظام التشغيل وبرامج التشغيل باستمرار. لا تقتصر تحديثات ويندوز على جلب تصحيحات الأمان فحسب، بل تشمل أيضًا تحسينات في إدارة المواردإصلاحات تسرب الذاكرة و تحسين النواة.

من لوحة إعدادات ويندوز (ابدأ > الإعدادات > التحديث والأمان > تحديث ويندوز)، يمكنك البحث عن التحديثات العامة والحزم الاختيارية، بما في ذلك برامج التشغيل غير الأساسية التي تُحسّن أداء وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات أو مجموعة الشرائح. يُمكن أن يُؤدي تثبيت هذه المكونات إلى حلّ مشكلات الاختناقات أو الاستقرار التي تُؤثر بشكل مباشر على كيفية استخدام الذاكرة المؤقتة والذاكرة الرئيسية.

تعطيل توزيع التحديثات عبر بروتوكول P2P

منذ نظام التشغيل ويندوز 10، أصبح بإمكان النظام تنزيل التحديثات ومشاركتها باستخدام آلية الند للند مع أجهزة كمبيوتر أخرى. ورغم براعة هذه الآلية، إلا أنها تعني أن الكمبيوتر... يستخدم وحدة المعالجة المركزية والشبكة والقرص للمساعدة في توزيع التحديثات، وهو أمر ليس مرغوبًا فيه دائمًا.

يؤدي تعطيل "تحسين التسليم" في تحديثات ويندوز إلى منع جهاز الكمبيوتر الخاص بك من إرسال أو تنزيل أجزاء التحديث إلى أجهزة كمبيوتر أخرى. هذا يوفر موارد النظام، ويقلل من نشاط الخلفية، ويمكن أن يحسن الأداء العام، خاصةً على الأنظمة ذات الإمكانيات المحدودة.

قم بتحرير مساحة القرص وإزالة الملفات غير المرغوب فيها.

عندما يمتلئ القرص أو يكاد يمتلئ، تقل المساحة المتاحة لنظام ويندوز لتقسيم الذاكرة وإنشاء الملفات المؤقتة، مما يؤثر سلبًا على الأداء. استخدم الأداة المدمجة في تنظيف القرص يتيح لك حذف الملفات المؤقتة، وبقايا التحديثات، والعناصر من سلة المهملات، والبيانات الأخرى التي لم تعد هناك حاجة إليها.

بالإضافة إلى أداة التنظيف هذه، يُنصح بإفراغ سلة المحذوفات بانتظام واستخدام خيارات التخزين في نظام ويندوز لحذف الملفات المؤقتة المتراكمة. كلما قلّت المساحة المتاحة على محرك النظام، زادت كفاءة عمل نظام الذاكرة وتحسنت فعالية ذاكرة التخزين المؤقت للقرص.

تحسين برامج بدء التشغيل والبرامج الخلفية

أحد أكبر أعداء وحدة المعالجة المركزية والذاكرة المؤقتة في جهاز الكمبيوتر المستخدم يوميًا هو البرامج التي تبدأ تلقائيًا وتعمل في الخلفية: برامج المزامنة، وبرامج التحديث، والأدوات الصغيرة التي نادرًا ما نستخدمها، وما إلى ذلك. على الرغم من أنها قد تبدو خفيفة الوزن، إلا أن كل برنامج منها يضيف خيوطًا وذاكرة وعمليات وصول إلى القرص واستهلاكًا للذاكرة المؤقتة.

من مدير المهام أو باستخدام أنظمة داخلية للتحكم في العملياتفي علامة التبويب الرئيسية، من الممكن تعطيل التطبيقات غير الضرورية لمنع تحميلها تلقائيًا. كما يمكنك، من خلال إعدادات الخصوصية، التحكم في التطبيقات المسموح لها بالعمل في الخلفية. إن تقليل هذه القائمة لا يُحسّن وقت بدء التشغيل فحسب، بل يُقلل أيضًا من الحمل المستمر على وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي.

تقليل المؤثرات الرسومية والإشعارات

تستهلك الرسوم المتحركة للنوافذ والشفافيات وغيرها من المؤثرات البصرية موارد النظام. في أجهزة الكمبيوتر القديمة أو ذات الإمكانيات المحدودة، قد يكون من المفيد تعديل إعدادات ويندوز لإعطاء الأولوية للأداء على حساب المظهر. يتم ذلك من خلال خيارات النظام المتقدمة، في قسم الأداء، باختيار الإعدادات التي تُعطي الأولوية للسرعة.

وبالمثل، يمكن أن يؤدي الإفراط في الإشعارات إلى إغراق المستخدم والفريقإن تعطيل التنبيهات غير الضرورية لا يحسن تجربة المستخدم فحسب، بل يمنع أيضًا تشغيل عمليات الخلفية أو عمليات التحقق بشكل متكرر للغاية.

أوضاع الطاقة، وضع السكون، وذروة الأداء

يتضمن نظام ويندوز عدة خطط طاقة تؤثر بشكل مباشر على كيفية إدارة وحدة المعالجة المركزية، حيث تُعطى الأولوية إما لعمر البطارية أو للأداء الأمثل. يُنصح عادةً بمراجعة هذه الإعدادات على أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة الموصولة بمصدر طاقة.

El بداية سريعة تجمع ميزة التشغيل السريع بين خصائص إيقاف التشغيل ووضع الإسبات لتسريع وقت بدء التشغيل عن طريق تحميل جزء من نواة النظام وبرامج التشغيل مسبقًا قبل إيقاف التشغيل. يمكن أن يؤدي تفعيل هذه الميزة إلى تقليل وقت بدء التشغيل بشكل ملحوظ، ولكن يُنصح بتعطيلها مؤقتًا إذا تسببت في مشاكل مع التحديثات أو الوصول إلى نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS).

من ناحية أخرى ، هناك ملف خطة "الأداء الأقصى" الخفية يُجبر هذا المعالج والمكونات الأخرى على العمل بكفاءة أقل، مع إعطاء الأولوية لتوفير الطاقة. قد يوفر تفعيل هذه الخاصية هامشًا إضافيًا للمهام المكثفة، ولكن على حساب زيادة الحرارة وضوضاء المروحة واستهلاك الطاقة.

إدارة فعالة للمساحة والذاكرة في النظام

بالإضافة إلى التنظيف المنتظم والتحكم في البرامج المقيمة، هناك طرق أخرى لتحسين استخدام الموارد المادية للكمبيوتر، وبالتالي تحسين استخدام وحدة المعالجة المركزية وذاكرة التخزين المؤقت للقرص.

إن وجود سطح مكتب مزدحم بالأيقونات والاختصارات والمجلدات والملفات ليس مجرد فوضى بصرية، بل إن نظام ويندوز يحتاج إلى إدارة كل ذلك، مما يضيف عبئًا إضافيًا. صيانة مكتب نظيف إلى حد معقول يُعد تنظيم الملفات في مجلدات داخل محركات الأقراص ممارسة بسيطة تساهم في بيئة أخف وزنًا.

يُساعد الاعتماد على حلول التخزين السحابي لبعض الملفات أيضًا، مما يُقلل من مساحة التخزين المحلية المُستخدمة. شريطة أن يتم ذلك بشكل مُناسب (دون الاعتماد كليًا على اتصال الإنترنت)، يُمكن تقليل الضغط على النظام المحلي وزيادة مرونته.

تقنيات محددة: ReadyBoost، وكسر السرعة، والأجهزة

في الأنظمة المزودة بقرص صلب ميكانيكي وذاكرة وصول عشوائي محدودة، يتضمن نظام ويندوز تقنيات مثل ReadyBoost، التي تتيح استخدام محرك أقراص USB سريع كنوع من ذاكرة التخزين المؤقت الإضافية. ورغم أنها ليست حلاً سحرياً، إلا أنها قد تُحسّن الأداء في بعض التكوينات. تخفيف بعض الضغط على القرص.

على النقيض من ذلك، يستطيع المستخدمون المتقدمون رفع تردد معالجاتهم باستخدام أدوات مثل Intel Extreme Tuning Utility (للمعالجات غير المقفلة). يؤدي رفع سرعة المعالج إلى تحسين الأداء، ولكنه يزيد أيضًا من درجة الحرارة واستهلاك الطاقة، مع وجود خطر حقيقي لعدم الاستقرار والتلف إذا لم تتم إدارة الجهد والتبريد بعناية.

عندما تفشل جميع تحسينات البرامج، فقد حان الوقت للنظر في ترقيات الأجهزة: استبدال القرص الصلب بقرص SSD، أو زيادة سعة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، أو حتى تغيير المعالج أو النظام بأكمله. تعمل محركات الأقراص الصلبة SSD، على وجه الخصوص، على تحسين الأداء الملحوظ للنظام، حيث تقلل بشكل كبير من أوقات الوصول إلى القرص، مما يسمح بدوره لذاكرة التخزين المؤقت للقرص والذاكرة الافتراضية بالعمل بسلاسة أكبر.

معًا، اتحدوا التصميم الجيد لهياكل البيانات وأنماط الوصول إلى الذاكرة إن استغلال ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية من خلال تكوين دقيق لنظام التشغيل Windows (محدث، خفيف الوزن، بدون برامج غير ضرورية أو عمليات غير لازمة، مع خطة الطاقة المناسبة، وإذا لزم الأمر، مع مساعدات صغيرة مثل ReadyBoost أو تحسينات الأجهزة) يسمح لك بالحصول على المزيد من نفس الكمبيوتر، وتحقيق تطبيقات تستجيب بخفة الحركة ونظام يبدو أسرع بشكل ملحوظ دون الحاجة إلى "سحر" أو حيل غامضة.