سياسات وضع ذاكرة التخزين المؤقت

• يتم تحديد المجموعة بواسطة الفهرس ^{[ 1 ]} بتات المشتقة من عنوان كتلة الذاكرة.
• يتم وضع كتلة الذاكرة في المجموعة المحددة ويتم تخزين الوسم ^{[ 1 ]} في حقل الوسم المرتبط بالمجموعة.
• إذا كان سطر التخزين المؤقت مشغولاً مسبقاً، فإن البيانات الجديدة تحل محل كتلة الذاكرة في ذاكرة التخزين المؤقت.

• يتم تحديد المجموعة بواسطة بتات الفهرس الخاصة بالعنوان.
• تُقارن بتات الوسم المُستمدة من عنوان كتلة الذاكرة مع بتات الوسم المرتبطة بالمجموعة. إذا تطابقت بتات الوسم، فهذا يعني وجود سجل في ذاكرة التخزين المؤقت ، وتُعاد كتلة ذاكرة التخزين المؤقت إلى المعالج. وإلا، فهذا يعني عدم وجود سجل في ذاكرة التخزين المؤقت ، وتُسترجع كتلة الذاكرة من الذاكرة السفلية ( الذاكرة الرئيسية ، القرص ).

• تتميز سياسة التوزيع هذه بكفاءة استهلاك الطاقة لأنها تتجنب البحث في جميع أسطر ذاكرة التخزين المؤقت.
• سياسة التوظيف وسياسة الاستبدال بسيطة.
• يمكن استخدام أجهزة بسيطة ومنخفضة التكلفة، حيث لا يلزم فحص سوى علامة واحدة في كل مرة.

• يتميز هذا النظام بانخفاض معدل الوصول إلى الذاكرة المؤقتة، حيث لا يتوفر سوى سطر واحد في المجموعة. في كل مرة تتم فيها الإشارة إلى نفس المجموعة في الذاكرة، يتم استبدال سطر الذاكرة المؤقتة، مما يؤدي إلى حدوث تعارض في الوصول. ^{[ 6 ]}

لنفترض وجود ذاكرة رئيسية سعتها 16 كيلوبايت، مُنظمة على شكل كتل بحجم 4 بايت، وذاكرة تخزين مؤقتة ذات تعيين مباشر سعتها 256 بايت بحجم كتلة 4 بايت. ولأن الذاكرة الرئيسية سعتها 16 كيلوبايت، فنحن نحتاج إلى 14 بت على الأقل لتمثيل عنوان الذاكرة بشكل فريد .

بما أن كل كتلة ذاكرة تخزين مؤقت بحجم 4 بايت، فإن العدد الإجمالي للمجموعات في ذاكرة التخزين المؤقت هو 256/4، وهو ما يساوي 64 مجموعة.

يتم تقسيم العنوان الوارد إلى ذاكرة التخزين المؤقت إلى بتات للإزاحة والفهرس والعلامة .

• يمثل الإزاحة عدد البتات المستخدمة لتحديد البايت المراد الوصول إليه من سطر ذاكرة التخزين المؤقت. ولأن طول أسطر ذاكرة التخزين المؤقت يبلغ 4 بايتات، فهناك بتان للإزاحة .
• يشير الفهرس إلى البتات المستخدمة لتحديد مجموعة الذاكرة المؤقتة. يوجد 64 مجموعة في الذاكرة المؤقتة، ولأن 2^6 = 64، فإن عدد بتات الفهرس هو 6.
• يمثل الوسم البتات المتبقية. وهذا يعني أن هناك 14 - (6+2) = 6 بتات للوسم ، يتم تخزينها في حقل الوسم لمطابقة العنوان عند طلب ذاكرة التخزين المؤقت.

فيما يلي عناوين الذاكرة وشرح لخط التخزين المؤقت الذي تُشير إليه:

1. العنوان 0x0000(العلامة - 0b00_0000، الفهرس - 0b00_0000، الإزاحة - 0b00) يتوافق مع الكتلة 0 من الذاكرة ويتم تعيينه إلى المجموعة 0 من ذاكرة التخزين المؤقت.
2. العنوان 0x0004(العلامة - 0b00_0000، الفهرس - 0b00_0001، الإزاحة - 0b00) يتوافق مع الكتلة 1 من الذاكرة ويرتبط بالمجموعة 1 من ذاكرة التخزين المؤقت.
3. العنوان 0x00FF(العلامة - 0b00_0000، الفهرس - 0b11_1111، الإزاحة - 0b11) يتوافق مع الكتلة 63 من الذاكرة ويرتبط بالمجموعة 63 من ذاكرة التخزين المؤقت.
4. العنوان 0x0100(العلامة - 0b00_0001، الفهرس - 0b00_0000، الإزاحة - 0b00) يتوافق مع الكتلة 64 من الذاكرة ويتم تعيينه إلى المجموعة 0 من ذاكرة التخزين المؤقت.

• يتم اختيار سطر التخزين المؤقت بناءً على بت الصلاحية ^{[ 1 ]} المرتبط به. إذا كان بت الصلاحية 0، يمكن وضع كتلة الذاكرة الجديدة في سطر التخزين المؤقت، وإلا فيجب وضعها في سطر تخزين مؤقت آخر ببت صلاحية 0.
• إذا كانت ذاكرة التخزين المؤقت ممتلئة تمامًا، فسيتم إخراج كتلة من الذاكرة ووضع كتلة الذاكرة في سطر ذاكرة التخزين المؤقت هذا.
• يتم تحديد إخراج كتلة الذاكرة من ذاكرة التخزين المؤقت بواسطة سياسة الاستبدال . ^{[ 7 ]}

• تتم مقارنة حقل "الوسم" في عنوان الذاكرة مع بتات الوسم المرتبطة بجميع أسطر التخزين المؤقت. إذا تطابقت، فهذا يعني أن الكتلة موجودة في التخزين المؤقت، ويُعتبر ذلك نجاحًا. أما إذا لم تتطابق، فهذا يعني فشلًا في التخزين المؤقت، ويجب جلبها من الذاكرة السفلية.
• بناءً على الإزاحة، يتم تحديد بايت وإعادته إلى المعالج.

• يوفر لنا هيكل ذاكرة التخزين المؤقت الترابطي بالكامل مرونة وضع كتلة الذاكرة في أي من خطوط ذاكرة التخزين المؤقت، وبالتالي الاستخدام الكامل لذاكرة التخزين المؤقت.
• توفر سياسة التوزيع معدل نجاح أفضل في الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت.
• يوفر هذا النظام مرونة استخدام مجموعة واسعة من خوارزميات الاستبدال في حالة حدوث خطأ في ذاكرة التخزين المؤقت.

• تستهلك سياسة وضع البيانات طاقة كبيرة لأن دوائر المقارنة يجب أن تعمل على كامل ذاكرة التخزين المؤقت لتحديد موقع كتلة.
• وهي أغلى الطرق على الإطلاق، وذلك بسبب التكلفة العالية لأجهزة المقارنة الترابطية.

لنفترض ذاكرة رئيسية سعتها 16 كيلوبايت، مُقسّمة إلى كتل حجم كل منها 4 بايت، وذاكرة تخزين مؤقتة ترابطية كاملة سعتها 256 بايت، وحجم كتلتها 4 بايت. بما أن سعة الذاكرة الرئيسية 16 كيلوبايت، فنحن نحتاج إلى 14 بت على الأقل لتمثيل عنوان الذاكرة بشكل فريد.

يبلغ إجمالي عدد المجموعات في ذاكرة التخزين المؤقت 1، وتحتوي المجموعة على 256/4=64 سطرًا من ذاكرة التخزين المؤقت، حيث أن كتلة ذاكرة التخزين المؤقت بحجم 4 بايت.

يتم تقسيم العنوان الوارد إلى ذاكرة التخزين المؤقت إلى بتات للإزاحة والعلامة.

• يشير الإزاحة إلى البتات المستخدمة لتحديد البايت المراد الوصول إليه من سطر ذاكرة التخزين المؤقت. في المثال، يوجد بتّان للإزاحة، يُستخدمان لعنونة البايتات الأربعة لسطر ذاكرة التخزين المؤقت.
• يمثل الوسم البتات المتبقية. وهذا يعني أن هناك 14 - (2) = 12 بتًا للوسم ، يتم تخزينها في حقل الوسم لمطابقة العنوان في طلب ذاكرة التخزين المؤقت.

بما أنه يمكن ربط أي كتلة من الذاكرة بأي سطر من أسطر التخزين المؤقت، فإن كتلة الذاكرة يمكن أن تشغل أحد أسطر التخزين المؤقت بناءً على سياسة الاستبدال.

• يتم تحديد المجموعة بواسطة بتات الفهرس المشتقة من عنوان كتلة الذاكرة.
• تُوضع كتلة الذاكرة في سطر ذاكرة تخزين مؤقت متاح ضمن المجموعة المحددة، ويُخزّن الوسم في حقل الوسم المرتبط بالسطر. إذا كانت جميع أسطر ذاكرة التخزين المؤقت في المجموعة مشغولة، فإن البيانات الجديدة تحل محل الكتلة المحددة من خلال سياسة الاستبدال .

• يتم تحديد المجموعة بواسطة بتات الفهرس المشتقة من عنوان كتلة الذاكرة.
• تُقارن بتات الوسم مع وسوم جميع أسطر التخزين المؤقت الموجودة في المجموعة المُختارة. إذا تطابق الوسم مع أي من أسطر التخزين المؤقت، فهذا يعني وجود البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت، ويتم إرجاع السطر المناسب. أما إذا لم يتطابق الوسم مع أي من الأسطر، فهذا يعني عدم وجود البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت، ويتم طلب البيانات من المستوى التالي في التسلسل الهرمي للذاكرة.

• تُعد سياسة التوزيع بمثابة حل وسط بين ذاكرة التخزين المؤقت ذات التعيين المباشر وذاكرة التخزين المؤقت الترابطية بالكامل.
• يوفر هذا النظام مرونة استخدام خوارزميات الاستبدال في حالة حدوث خطأ في ذاكرة التخزين المؤقت.

• لن تستخدم سياسة التوزيع جميع أسطر التخزين المؤقت المتاحة في ذاكرة التخزين المؤقت بشكل فعال، وستعاني من مشكلة عدم وجود تعارض .

لنفترض وجود ذاكرة رئيسية سعتها 16 كيلوبايت، مُقسّمة إلى كتل حجم كل منها 4 بايت، وذاكرة تخزين مؤقتة ثنائية الاتجاه سعتها 256 بايت، حجم كل كتلة منها 4 بايت. بما أن سعة الذاكرة الرئيسية 16 كيلوبايت، فنحن نحتاج إلى 14 بت على الأقل لتمثيل عنوان الذاكرة بشكل فريد.

بما أن كل كتلة ذاكرة تخزين مؤقت بحجم 4 بايت وهي ذات مجموعة ارتباطية ثنائية الاتجاه، فإن العدد الإجمالي للمجموعات في ذاكرة التخزين المؤقت هو 256/(4 * 2)، وهو ما يساوي 32 مجموعة.

يتم تقسيم العنوان الوارد إلى ذاكرة التخزين المؤقت إلى بتات للإزاحة والفهرس والوسم.

• يمثل الإزاحة عدد البتات المستخدمة لتحديد البايت المراد الوصول إليه من سطر ذاكرة التخزين المؤقت. ولأن طول أسطر ذاكرة التخزين المؤقت يبلغ 4 بايتات، فهناك بتان للإزاحة .
• يشير الفهرس إلى البتات المستخدمة لتحديد مجموعة الذاكرة المؤقتة. يوجد 32 مجموعة في الذاكرة المؤقتة، ولأن 2^5 = 32، فإن عدد بتات الفهرس هو 5.
• يمثل الوسم البتات المتبقية. وهذا يعني أن هناك 14 - (5+2) = 7 بتات ، يتم تخزينها في حقل الوسم لمطابقة العنوان في طلب ذاكرة التخزين المؤقت.

فيما يلي عناوين الذاكرة وشرح لأي سطر من سطور ذاكرة التخزين المؤقت في أي مجموعة يتم ربطها:

1. العنوان 0x0000(الوسم - 0b000_0000، الفهرس - 0b0_0000، الإزاحة - 0b00) يُطابق الكتلة 0 من الذاكرة ويُشير إلى المجموعة 0 من ذاكرة التخزين المؤقت. تشغل الكتلة سطرًا في المجموعة 0 من ذاكرة التخزين المؤقت، ويتم تحديد ذلك بناءً على سياسة الاستبدال الخاصة بذاكرة التخزين المؤقت.
2. العنوان 0x0004(الوسم - 0b000_0000، الفهرس - 0b0_0001، الإزاحة - 0b00) يُطابق الكتلة رقم 1 في الذاكرة ويُشير إلى المجموعة رقم 1 في ذاكرة التخزين المؤقت. تشغل الكتلة سطرًا في المجموعة رقم 1 من ذاكرة التخزين المؤقت، ويتم تحديد ذلك بناءً على سياسة الاستبدال الخاصة بذاكرة التخزين المؤقت.
3. العنوان 0x00FF(الوسم – 0b000_0001، الفهرس – 0b1_1111، الإزاحة – 0b11) يُطابق الكتلة رقم 63 من الذاكرة ويُشير إلى المجموعة رقم 31 من ذاكرة التخزين المؤقت. تشغل الكتلة سطرًا في المجموعة رقم 31 من ذاكرة التخزين المؤقت، ويتم تحديد ذلك بناءً على سياسة الاستبدال الخاصة بذاكرة التخزين المؤقت.
4. العنوان 0x0100(الوسم – 0b000_0010، الفهرس – 0b0_0000، الإزاحة – 0b00) يُطابق الكتلة رقم 64 من الذاكرة ويُشير إلى المجموعة 0 من ذاكرة التخزين المؤقت. تشغل الكتلة سطرًا في المجموعة 0 من ذاكرة التخزين المؤقت، ويتم تحديد ذلك بناءً على سياسة الاستبدال الخاصة بذاكرة التخزين المؤقت.