ذاكرة مخبئية

تلخص الصورة التالية أهم مميزات الأنماط السابقة، ويبين الشكل (13-11) مخطط التقابل المستخدم في كل طريقة من هذه الطرق ويوضح الشكل كيف أن بعض الطرق ليست إلا حالات خاصة محدودة من طرق أخرى.

عندما تولد الذاكرة المخبأة خطأ الكلمة (أو خطأ الكتلة أو خطأ القطاع) يجب تفريغ كلمة (أو كتلة أو قطاع) لاستيعاب الجديدة. ولانتقاء الوحدة الواجبة استيعابها يمكن الاعتماد على عدة إستراتيجيات، منها:

1. الخيار العشوائي
2. الرتل FIFO (من يدخل أولا يخرج أولا)
3. الوحدة الأقل استخداماَ في الماضي Least recently used

والإستراتجية الأخيرة هي الأكثر شيوعا في التطبيق.

عندما تكون الكتلة المطلوبة الموجودة في الذاكرة المخبأة، تقرأ منها دون الرجوع إلى الذاكرة، إلا أنه عند تنفيذ عملية كتابة (write) يجب الولوج إلى الذاكرة حتى لو كانت موجودة في الذاكرة المخبأة. فإذا كان للموقع الذي نكتب فيه في الذاكرة صورة في الذاكرة المخبأة يجب اختيار أحد إجراءين:

1. الكتابة الآنية (Write through): أي تكتب المعلومات في الذاكرة وفي الذاكرة المخبأة بنفس الوقت (وهي الطريقة التي وصفناها سابقا).
2. الكتابة المتأخرة (Write back): لا ينعكس التغيير الذي طرأ على الموقع الموجود في الذاكرة المخبأة، على الموقع المقابل في الذاكرة إلا عند استبعاد الكلمة من الذاكرة المخبأة.2

تكتب المعلومات في الذاكرة والذاكرة المخبأة في نفس الوقت، ومع أن هذه العملية تبدو معقدة إلا أن لها بعض المزايا الجيدة، فمن ناحية أولى نحافظ على سلامة المعلومات (Integrity)، فالمعلومات الموجودة في الذاكرة المخبأة تطابق بشكل دائم تلك الموجودة في الذاكرة، ومن ناحية ثانية لن تحتاج لنقل أي كلمة أو كتلة من الذاكرة المخبأة إلى الذاكرة. فعند الحاجة لتحرير موقع في الذاكرة المخبأة يكفي أن نكتب مباشرة فيها، وبما أن الذاكرة تحتوي دوما المعطيات الصحيحة المحدثة (up dated) يمكن أن تستخدم نفس الكلمة كجزء من عملية إدخال وإخراج دون الخوف من الوقوع على معلومات متقادمة (out dated). ويعتبر خيار الكتابة الآنية هو الأفضل في الحالات التي تكتب فيها المعطيات في الموقع لمرة واحدة فقط، إذ يصبح من الأبسط والأسرع أن تعدل كلا الذاكرتين بنفس الوقت.

تبقى الكلمة الآنية الصلبة في الذاكرة على حالها ولا يجري التعديل إلا عندما نحتاج لاستبعاد الكتلة الموافقة من الذاكرة المخبأة. نلاحظ هنا أنه في حال بقيت الكتلة كما هي في الذاكرة المخبأة، أي لم تبدل محتوياتها، فإن الذاكرة تحتوي المعطيات الصحيحة ولا داعي لإعادة نقلها من الذاكرة المخبئية.

المخبئية والذاكرة الرئيسية على الترتيب، يصبح عندئذ زمن الولوج الفعلي:

نشير هنا أن ${\displaystyle Tap}$ هو زمن ولوج الذاكرة محسوباً بعد الأخذ بعين لاعتبار تأثير عملية نقل الصفحات فيحال استخدام الذاكرة الظاهرية، ويعتمد هذا الزمن بالطبع على الإستراتيجية المستخدمة لاستبدال الصفحات

يقترب زمن الولوج الفعلي ${\displaystyle Teff}$ من زمن ولوج الذاكرة المخبأة ${\displaystyle Tac}$ كلما اقترب h من الواحد، أي كلما ارتفعت نسبة الإصابة (ويحدث ذلك مثلاً بأخذ خابية ذات حجم كبير جداً).

نلاحظ أن تناقص نسبة الإصابة بنسبة واحدة بالمائة يؤدي إلى زيادة الزمن الفعلي بعدد من المرات يساوي تقريباً النسبة k، ومنه نستنتج أن ثمن فقدان المعطيات المطلوبة من الذاكرة المخبأة عالٍ نوعاً ما من حيث تأثيره على زمن عمل الآلة.

من الوسائط الأخرى التي تؤثر على فعالية الذاكرة المخبأة حجم أو سعة الكتلة، وتأثير هذا الوسيط مشابه لتأثير حجم الصفحة على فعالية الذاكرة الظاهرية.

من الصعب جداً جمع معلومات عن تأثير هذه الوسائط في أوضاع التشغيل الحقيقية، ومن الصعب جداً استخدام دارات إلكترونية لمراقبة أداء الذاكرة الافتراضية لان مثل هذه الدارات يجب أن تكون أسرع بكثير من الآلة نفسها.

غلا انه من المكن استخدام برامج لمحاكاة عمل الآلة عند تنفيذها لعمل نمط تقليدي، لكن تعترض هذا المنهج مشكلتان: ففي البداية تكون الذاكرة المخبأة فارغة، وتبدي نتيجة لذلك فعالية منخفضة جداً إذ سيظهر عدد كبير من حالات فقدان المعطيات. يطلق على هذا الوضع اسم«الحالة العابرة البدائية»(initialization transient).

وتعتمد مدة هذه الحالة العابرة على حجم الذاكرة المخبأة، فكلما ازداد هذا الحجم طالت مدة الحالة العابرة، إن عدد حالت فقدان المعطيات التي تحدث في بداية التشغيل هو تقريباً من نفس سعة مرتبة سعة الذاكرة المخبئية. لذا، وبهدف الحصول على نتائج موثوقة يجب مراقبة أداء الذاكرة لمدة كافية حتى يحدث على الأقل ${\displaystyle 100*n}$ حالة فقدان معطيات (حيث n سعة الذاكرة المخبأة) فإذا حصلنا على نسبة فقدان تساوي واحد بالمائة، يجب إنجاز حوال ${\displaystyle 10000*n}$ عملية رجوع للذاكرة.