سلسله مراتب حافظه نهان

سلسله مراتب کش یا کش های چند سطحی به معماری حافظه اطلاق می شود که از سلسله مراتبی از حافظه های ذخیره سازی بر اساس سرعت های مختلف دسترسی به داده های کش استفاده می کند. داده های پرکاربرد در حافظه های پرسرعت ذخیره می شوند که امکان دسترسی سریع تر توسط هسته های واحد پردازش مرکزی ( CPU ) را فراهم می کنند.
سلسله مراتب کش یک شکل و بخشی از سلسله مراتب حافظه است و می توان آن را شکلی از ذخیره سازی لایه ای در نظر گرفت. هدف از این طراحی این بود که هسته های CPU با وجود تأخیر در حافظه اصلی، سریع تر پردازش شوند. دسترسی به حافظه اصلی می تواند به عنوان یک گلوگاه برای عملکرد هسته CPU عمل کند زیرا CPU منتظر داده است، در حالی که تمام حافظه اصلی را سریعتر کردن ممکن است بسیار گران باشد. حافظه نهان با سرعت بالا، مصالحه ای است که امکان دسترسی پرسرعت به داده هایی را که بیشتر توسط CPU استفاده می شود، فراهم می کند و سرعت کلاک CPU را سریع تر می سازد.
در تاریخ توسعه رایانه و تراشه های الکترونیکی، دوره ای وجود داشت که افزایش سرعت CPU از افزایش سرعت دسترسی به حافظه پیشی گرفت. شکاف بین سرعت CPU و حافظه به این معنی است که CPU اغلب بیکار است. پردازنده ها به طور فزاینده ای قادر به اجرای مقادیر بیشتری از دستورالعمل ها در یک زمان معین بودند، اما زمان مورد نیاز برای دسترسی به داده ها از حافظه اصلی مانع بهره مندی کامل برنامه ها از این قابلیت می شد. این موضوع انگیزه ایجاد مدل های حافظه با نرخ دسترسی بالاتر به منظور بهره برداری از پتانسیل پردازنده های سریع تر را ایجاد کرد.
این منجر به مفهوم حافظه نهان شد که اولین بار توسط موریس ویلکس، دانشمند کامپیوتر بریتانیایی در دانشگاه کمبریج در سال ۱۹۶۵ ارائه شد. او چنین مدل های حافظه را «حافظه برده» نامید. تقریباً بین سال های ۱۹۷۰ و ۱۹۹۰، مقالاتی از Anant Agarwal, Alan Jay Smith, Mark D. Hill, Thomas R. Puzak و دیگران دربارهٔ طراحی های حافظه کش بحث شدند. اولین مدل های حافظه نهان در آن زمان پیاده سازی شدند، اما حتی زمانی که محققان در حال بررسی و پیشنهاد طرح های بهتر بودند، نیاز به حافظه سریع تر ادامه داشت. این نیاز از این واقعیت ناشی می شود که اگرچه مدل های کش اولیه تأخیر دسترسی به داده ها را بهبود می بخشیدند، با توجه به هزینه و محدودیت های فنی، امکان نزدیک شدن ظرفیت حافظه نهان یک سیستم به اندازه ظرفیت حافظه اصلی وجود نداشت. از سال ۱۹۹۰ به بعد، ایده هایی مانند افزودن یک سطح کش دیگر ( سطح دوم ) ، به عنوان پشتیبان برای حافظه نهان سطح اول ارائه شد. Jean - Loup Baer, Wen - Hann Wang, Andrew W. Wilson و دیگر محققان تحقیقاتی در مورد این مدل انجام دادند. هنگامی که چندین شبیه سازی و پیاده سازی مزایای مدل های کش دو سطحی را نشان دادند، مفهوم کش چند سطحی به عنوان یک مدل جدید و به طور کلی بهتر از حافظه های کش مورد توجه قرار گرفت. از سال ۲۰۰۰، مدل های کش چند سطحی مورد توجه گسترده قرار گرفته اند و در حال حاضر در بسیاری از سیستم ها، مانند کش های سه سطحی که در محصولات Core i7 اینتل وجود دارند، پیاده سازی می شوند.