آخر تحديث: 2026-06-29

نسبة الإصابة في الذاكرة المؤقتة و AMAT

تسرّع الذاكرة المؤقتة الوصول إلى البيانات بإبقاء العناصر كثيرة الاستخدام في تخزين سريع، لكنها لا تنفع إلا بقدر تكرار العثور على البيانات فيها فعلًا. تحوّل هذه الحاسبة نسبة الإصابة في الذاكرة المؤقتة وزمن الإصابة وعقوبة الإخفاق إلى متوسط زمن الوصول إلى الذاكرة (AMAT) — الرقم الوحيد الذي يخبرك بمدى سرعة شعور النظام وسطيًّا — إضافةً إلى معدل الإخفاق.

صيغة AMAT

تجد كل عملية وصول بياناتها إما في الذاكرة المؤقتة (إصابة) وإما لا (إخفاق). تكلّف الإصابة زمن الإصابة؛ ويكلّف الإخفاق زمن الإصابة إضافةً إلى عقوبة لجلب البيانات من الذاكرة الأبطأ. وبالمتوسطة على عمليات وصول كثيرة نحصل على:

$\text{AMAT} = t_h + m \cdot t_m$

حيث $t_h$ زمن الإصابة، و$t_m$ عقوبة الإخفاق، و$m$ معدل الإخفاق. ومعدل الإخفاق هو ببساطة واحد ناقص نسبة الإصابة:

$m = 1 - h$

ولأن كل عملية وصول تدفع $t_h$ بينما النسبة $m$ وحدها تدفع $t_m$، فإن ذاكرة مؤقتة ذات نسبة إصابة مرتفعة تدفع المتوسط قريبًا من زمن الإصابة السريع.

مثال محلول

لنأخذ ذاكرة مؤقتة من المستوى L1 ذات نسبة إصابة قدرها 95%، وزمن إصابة قدره 1 نانوثانية، وعقوبة إخفاق قدرها 100 نانوثانية للوصول إلى المستوى التالي:

ورغم أن 95% من عمليات الوصول سريعة، فإن متوسط زمن الوصول يساوي ستة أضعاف زمن الإصابة. فنسبة الـ 5% التي تُخفق تسهم بأغلب التكلفة، لأن عقوبة الإخفاق تساوي مئة ضعف زمن الإصابة.

لماذا يهم معدل الإخفاق أكثر مما يبدو

تأتي القوة في ضبط الذاكرة المؤقتة من الفجوة الكبيرة بين زمن الإصابة وعقوبة الإخفاق. فرفع نسبة الإصابة من 95% إلى 99% في المثال أعلاه يخفض AMAT من 6 نانوثانية إلى 2 نانوثانية — أي تحسّن بنحو ثلاثة أضعاف من تغيّر قدره أربع نقاط في نسبة الإصابة. ولهذا قد تثمر التحسينات الصغيرة في المحلية أو الجلب المسبق أو حجم الذاكرة المؤقتة مكاسب ضخمة، ولهذا تستحق عقوبة الإخفاق المعالجة المباشرة.

التوسع إلى تسلسل هرمي

تكدّس المعالجات الحديثة عدة ذواكر مؤقتة (L1 و L2 و L3) أمام الذاكرة الرئيسة. وتتداخل الصيغة طبيعيًّا: فعقوبة الإخفاق في مستوى ما هي AMAT للمستوى الذي تحته. ولتحليل التسلسل الهرمي، يُحسب المستوى الأعمق أولًا ثم تُمرَّر نتيجته صعودًا بوصفها عقوبة إخفاق المستوى الذي فوقه. ولرؤية أشمل لكيفية تجمّع كمون الوصول عبر مسار الطلب، انظر حاسبة موازنة زمن الاستجابة.

تفترض هذه الأرقام نمط وصول مستقرًّا؛ وتتفاوت أحمال العمل الحقيقية، لذا يُعامَل AMAT بوصفه متوسطًا تمثيليًّا لا ضمانًا لأي عملية وصول مفردة.