جدول محتوا
بافر (Buffer) و کش (Cache) دو مفهوم مهم در علوم کامپیوتر و مهندسی سیستم‌های دیجیتال هستند که به بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌ها کمک می‌کنند. این دو تکنولوژی با اینکه اهداف مشترکی مانند افزایش سرعت دسترسی به داده‌ها و بهبود کارایی سیستم را دنبال می‌کنند، اما در عمل تفاوت‌های بنیادینی دارند. بافر به عنوان یک فضای موقت برای ذخیره‌سازی داده‌ها قبل از پردازش یا انتقال عمل می‌کند و هدف اصلی آن مدیریت و هماهنگ‌سازی جریان داده‌ها بین بخش‌های مختلف یک سیستم است. از سوی دیگر، کش یک حافظه سریع‌تر و کوچک‌تر است که برای ذخیره‌سازی موقت داده‌های پرکاربرد و تکراری به منظور کاهش زمان دسترسی و افزایش سرعت پردازش مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله، به بررسی دقیق‌تر تعریف هر یک از این دو تکنولوژی و همچنین تفاوت‌های کلیدی بین آنها خواهیم پرداخت.
Caching یا کشینگ چیست؟
حافظه کش (Cache) یک نوع حافظه کوچک، سریع و پرهزینه است که میان حافظه RAM و پردازنده (CPU) قرار می‌گیرد. هدف اصلی از استفاده از حافظه کش، ذخیره‌سازی اطلاعات مهم و تکراری است که پردازنده به طور مداوم به آنها نیاز دارد. این کار باعث می‌شود پردازنده بتواند با سرعت بیشتری به این داده‌ها دسترسی پیدا کند و پردازش آنها را انجام دهد.
به طور مثال هنگامی که برنامه‌هایی مانند ورد یا فتوشاپ را باز می‌کنید، پردازنده تشخیص می‌دهد کدام اطلاعات در آن برنامه‌ها بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند و آنها را از حافظه RAM به حافظه کش منتقل می‌کند. به این ترتیب پردازنده برای دسترسی به داده‌های مهم و تکراری، دیگر نیازی به مراجعه مداوم به RAM ندارد. این فرآیند که به آن کشینگ (Caching) گفته می‌شود به طور قابل توجهی سرعت عملکرد کلی سیستم را افزایش می‌دهد.
فرآیند کشینگ در بخش‌های مختلفی از سیستم انجام می‌شود و به بهبود سرعت دسترسی به داده‌ها کمک می‌کند. علاوه بر CPU، کشینگ در وب‌گردی نیز کاربرد دارد؛ زمانی که به یک وب‌سایت مراجعه می‌کنید، محتوا ممکن است در سیستم شما کش شود و در بازدیدهای بعدی سرعت بارگذاری صفحات افزایش یابد. در شبکه‌های بزرگ نیز از سرورهای کش (Cache Server) مانند Squid Cache Server که بر روی سیستم‌های لینوکسی پیاده‌سازی می‌شوند، برای صرفه‌جویی در پهنای باند و افزایش سرعت دسترسی به صفحات اینترنتی استفاده می‌شود.
Buffering یا بافرینگ چیست؟
بافرینگ زمانی استفاده می‌شود که سرعت ارسال و دریافت داده‌ها در مبدا و مقصد متفاوت است و این اختلاف می‌تواند منجر به ایجاد گلوگاه یا Bottleneck شود؛ به این معنا که داده‌ها سریع ارسال می‌شوند اما به دلیل کندی در دریافت یا پردازش، دچار مشکل می‌شوند.
بافرینگ به دو صورت سخت‌افزاری و نرم‌افزاری قابل پیاده‌سازی است اما امروزه بیشتر بافرهای مورد استفاده، نرم‌افزاری هستند. در پرینترها بافرینگ به ویژه در فرآیند Printer Spooling نقش مهمی ایفا می‌کند. همچنین سیستم‌های پخش آنلاین ویدیو (Video Streaming) نیز به طور گسترده از این تکنیک بهره می‌برند.
وقتی ویدیویی را از طریق اینترنت با سرعت پایین تماشا می‌کنید عبارت”Buffering” نمایش داده می‌شود که نشان می‌دهد داده‌ها در یک صف با سرعت خاصی ذخیره و با سرعت دیگری خوانده می‌شوند. به همین دلیل است که بافرینگ در پرینترها نیز اهمیت دارد و برخلاف کش، بافر در آنها استفاده می‌شود.
تعریف حافظه بافر Buffer
حافظه بافر (Buffer) به عنوان یک واسط حافظه‌ای بین دو دستگاه یا قطعه سخت‌افزاری عمل می‌کند و هدف آن جبران تفاوت سرعت بین این دو بخش است. به عنوان مثال در پرینترها از بافر استفاده می‌شود. اما چرا؟ وقتی شما دستور پرینت را از کامپیوتر به پرینتر می‌فرستید، پردازنده این دستور را در کسری از ثانیه پردازش می‌کند اما پرینتر نمی‌تواند بلافاصله عملیات چاپ را انجام دهد؛ باید کاغذ را آماده کند، رنگ‌ها را تنظیم کند و ترتیب چاپ را رعایت کند. بنابراین دستور پرینت باید در جایی ذخیره شود تا پرینتر بداند کدام صفحات را باید چاپ کند. این وظیفه بر عهده حافظه بافر است. نکته مهم این است که پرینتر حافظه کش ندارد زیرا بافر و کش دو مفهوم متفاوت هستند.
تفاوت حافظه کش (Cache) و بافر (Buffer)
نقطه اشتراک مهم بین فرآیند کشینگ (Caching) و بافرینگ (Buffering) این است که هر دو داده‌ها را به صورت موقت در محلی غیر از مکان اصلی ذخیره‌سازی می‌کنند اما تفاوت‌های آنها بسیار بنیادی و مهم است. تفاوت اصلی بین بافر و کش در هدف استفاده از آن‌هاست؛ کش برای افزایش سرعت و بهبود عملکرد به کار می‌رود در حالی که بافر برای هماهنگ‌سازی سرعت بین دو دستگاه یا بخش مختلف استفاده می‌شود.
حافظه کش داده‌های مهم و پرتکرار را ذخیره می‌کند تا پردازنده بدون نیاز به دسترسی مکرر به RAM بتواند آنها را سریع‌تر بازیابی کند. اگر کش وجود نداشته باشد، پردازنده مجبور است هر بار اطلاعات را از RAM بخواند، که این کار زمان‌بر است.
از طرف دیگر بافر زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که سرعت یک دستگاه از دیگری بیشتر است. بافر در دستگاه با سرعت پایین‌تر به کار می‌رود تا داده‌های دریافتی با سرعت بالاتر را موقتاً ذخیره و به ترتیب پردازش کند. به عنوان مثال هنگام پخش یک ویدیو از یوتیوب یا سایت‌های مشابه، اگر سرعت اینترنت کمتر از سرعت ارسال داده‌های سرور اچ پی باشد، ویدیو متوقف می‌شود و پیام”Buffering” نمایش داده می‌شود. این بدان معناست که سیستم شما در حال ذخیره‌سازی داده‌های ویدیو در حافظه بافر است تا در زمان مناسب پخش را ادامه دهد.
دیگر شباهت کش و بافر این است که هر دو نوعی حافظه موقتی و فرار هستند؛ به این معنا که با قطع برق، اطلاعات ذخیره‌شده در آنها از بین می‌رود.
نتیجه گیری
ما در این مقابه به تعریف بافر (Buffer) و کش (Cache) و بررسی تفاوت های آن ها با یکدیگر پرداختیم؛ بافر و کش هر دو به منظور ذخیره‌سازی موقت داده‌ها به کار می‌روند اما کاربردهای متفاوتی دارند.
بافر به طور عمده برای هماهنگ‌سازی سرعت بین ارسال‌کننده و دریافت‌کننده استفاده می‌شود. در مقابل کش با ذخیره‌سازی داده‌ها به صورت موقت، باعث افزایش سرعت دسترسی به آنها در دفعات بعدی می‌شود و به همین دلیل کارایی و عملکرد سیستم را بهبود می‌بخشد.
