مخزن البيانات

في علوم الحاسوب ، يُعرف مخزن البيانات المؤقت (أو المخزن المؤقت اختصارًا ) بأنه منطقة في الذاكرة تُستخدم لتخزين البيانات مؤقتًا أثناء نقلها من مكان إلى آخر. عادةً، تُخزن البيانات في المخزن المؤقت عند استرجاعها من جهاز إدخال (مثل محول تناظري إلى رقمي ) أو قبل إرسالها مباشرةً إلى جهاز إخراج (مثل محول رقمي إلى تناظري ). مع ذلك، يُمكن استخدام المخزن المؤقت عند نقل البيانات بين العمليات داخل الحاسوب، على غرار المخازن المؤقتة في الاتصالات. يُمكن تنفيذ المخازن المؤقتة في موقع ذاكرة ثابت في الأجهزة أو باستخدام مخزن بيانات مؤقت افتراضي في البرمجيات يُشير إلى موقع في الذاكرة الفعلية.

في جميع الحالات، تُخزَّن البيانات في مخزن البيانات المؤقت على وسيط تخزين مادي . تُنفَّذ معظم المخازن المؤقتة برمجياً ، والتي تستخدم عادةً ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتخزين البيانات المؤقتة نظرًا لسرعة الوصول إليها مقارنةً بالأقراص الصلبة . تُستخدم المخازن المؤقتة عادةً عندما يكون هناك فرق بين معدل استقبال البيانات ومعدل معالجتها، أو في حالة تغيّر هذه المعدلات، كما هو الحال في نظام إدارة الطباعة أو بث الفيديو عبر الإنترنت ، حيث يُمكن استخدام مخزن مؤقت قائم على التخزين ( القرص الصلب أو ذاكرة الفلاش ). في بيئة الحوسبة الموزعة ، تُنفَّذ مخازن البيانات غالبًا على شكل مخازن مؤقتة متتابعة ، والتي توفر خدمات التخزين المؤقت الموزعة.

غالباً ما يقوم المخزن المؤقت بضبط التوقيت عن طريق تنفيذ خوارزمية قائمة الانتظار (أو FIFO ) في الذاكرة، حيث يقوم في نفس الوقت بكتابة البيانات في قائمة الانتظار بمعدل واحد وقراءتها بمعدل آخر.

تُستخدم المخازن المؤقتة غالبًا بالتزامن مع عمليات الإدخال والإخراج للأجهزة ، مثل محركات الأقراص ، أو لإرسال واستقبال البيانات من وإلى الشبكة ، أو لتشغيل الصوت عبر مكبر الصوت. يشبه الأمر إلى حد كبير طابور انتظار قطار الملاهي في مدينة الملاهي. يأتي الركاب بوتيرة غير معروفة ومتغيرة في كثير من الأحيان، ولكن القطار قادر على استيعاب الركاب على دفعات (مع وصول القطار وامتلاءه). تعمل منطقة الانتظار كمخزن مؤقت - مساحة مؤقتة ينتظر فيها الراغبون في الركوب حتى يصبح القطار متاحًا. عادةً ما تُستخدم المخازن المؤقتة وفقًا لأسلوب FIFO (الأول في الأول خارج)، حيث تُخرج البيانات بالترتيب الذي وصلت به.

يمكن للمخازن المؤقتة تحسين أداء التطبيقات من خلال السماح بإتمام العمليات المتزامنة ، مثل قراءة الملفات أو كتابتها، بسرعة بدلاً من التوقف بانتظار مقاطعات الأجهزة للوصول إلى نظام القرص الفعلي. بدلاً من ذلك، يمكن لنظام التشغيل إرجاع نتيجة ناجحة فورًا من استدعاء واجهة برمجة التطبيقات (API)، مما يسمح للتطبيق بمواصلة المعالجة بينما تُكمل النواة عملية القرص في الخلفية. ويمكن تحقيق فوائد إضافية إذا كان التطبيق يقرأ أو يكتب كتلًا صغيرة من البيانات لا تتوافق مع حجم كتلة نظام القرص، مما يسمح باستخدام المخزن المؤقت لتجميع العديد من عمليات القراءة أو الكتابة الأصغر في أحجام كتل أكثر كفاءة لنظام القرص، أو في حالة القراءة، لتجنب الوصول الفعلي إلى القرص تمامًا في بعض الأحيان.

يقوم روتين التخزين المؤقت أو وسيط التخزين المستخدم في الاتصالات بتعويض الفرق في معدل تدفق البيانات أو وقت حدوث الأحداث عند نقل البيانات من جهاز إلى آخر.

تُستخدم المخازن المؤقتة لأغراض عديدة، منها:

• ربط دائرتين رقميتين تعملان بمعدلات مختلفة.
• الاحتفاظ بالبيانات لاستخدامها لاحقاً.
• السماح بإجراء تصحيحات التوقيت على تدفق البيانات .
• تجميع بتات البيانات الثنائية في مجموعات يمكن معالجتها كوحدة واحدة.
• تأخير وقت انتقال الإشارة للسماح بحدوث عمليات أخرى.

• الأمر /البيان BUFFERS في ملف CONFIG.SYS الخاص بنظام DOS .
• المخزن المؤقت بين منفذ تسلسلي ( UART ) ومودم . قد تكون سرعة منفذ COM هي 38400 بت/ثانية بينما قد تكون سرعة ناقل المودم 14400 بت/ثانية فقط .
• المخزن المؤقت المدمج للقرص في محرك الأقراص الصلبة أو محرك الأقراص ذي الحالة الصلبة أو محرك أقراص BD/DVD/CD.
• مخزن SRAM المدمج في محول إيثرنت . ^{[ 1 ]}
• كما تدير نواة نظام التشغيل Windows NT جزءًا من الذاكرة الرئيسية كمخزن مؤقت للأجهزة الأبطأ مثل بطاقات الصوت ووحدات التحكم في واجهة الشبكة . ^{[ 2 ] [ 3 ]}
• مخزن الإطارات على بطاقة الفيديو.
• ^{[ 4 ]} يستخدم مخزن البث المؤقت من قبل خدمات البث مثل يوتيوب ونتفليكس (سواء كان ذلك عبر الويب أو التطبيق أو البرنامج)، بدلاً من التنزيل الكامل.

من أوائل الإشارات إلى مخزن الطباعة المؤقت هو "Outscriber" الذي ابتكره رائد معالجة الصور راسل أ. كيرش لجهاز الكمبيوتر SEAC في عام 1952: ^{[ 5 ]}

تُعدّ سرعة إخراج النتائج المحسوبة من الجهاز، لتجنب تأخير سير العمليات الحسابية اللاحقة، من أهمّ التحديات في تصميم الحواسيب الرقمية الآلية. في العديد من المسائل التي يُستخدم فيها الحاسوب متعدد الأغراض، تكون كمية بيانات الإخراج كبيرة نسبيًا، لدرجة أن إجبار الحاسوب على انتظار كتابة هذه البيانات على أجهزة الطباعة الحالية سيؤدي إلى هدر كبير في الكفاءة. وقد تمّ حلّ هذه المشكلة في جهاز SEAC من خلال تزويده بأجهزة تسجيل مغناطيسية كوحدات إخراج. تتميّز هذه الأجهزة بقدرتها على استقبال المعلومات من الجهاز بسرعة تصل إلى 100 ضعف سرعة تشغيل الآلة الكاتبة الكهربائية. وبالتالي، تتحقّق كفاءة أفضل في تسجيل بيانات الإخراج؛ إذ يُمكن نسخها لاحقًا من جهاز التسجيل المغناطيسي إلى جهاز الطباعة دون إشغال الحاسوب الرئيسي.

• تجاوز سعة المخزن المؤقت
• نفاد سعة المخزن المؤقت
• مخزن مؤقت دائري
• مخزن مؤقت للقرص
• الوسائط المتدفقة
• مخزن الإطارات للاستخدام في العرض الرسومي
• التخزين المؤقت المزدوج والتخزين المؤقت الثلاثي ، وهما تقنيتان تُستخدمان بشكل أساسي في مجال الرسومات.
• مخزن العمق ، مخزن الاستنسل ، لأجزاء مختلفة من معلومات الصورة
• مخزن مؤقت متغير الطول
• المخزن المؤقت البصري
• MissingNo. ، نتيجة عدم مسح بيانات المخزن المؤقت بشكل صحيح في لعبتي Pokémon Red و Blue
• مخزن مؤقت UART
• خطأ ENOBUFS ، وهو خطأ POSIX ناتج عن نقص الذاكرة في المخازن المؤقتة
• مخزن الكتابة ، وهو نوع من أنواع مخازن الذاكرة
• نسخة صفرية
• 512 ألف في اليوم