Önbellek nedir?

Farklı önbellek kategorilerini ve RAM’den nasıl farklı olduğunu bu makale ile açıklıyoruz.

İnsan beyni gibi, bilgisayar sistemleri de sorunsuz çalışmasını sağlamak için farklı bellek türlerini birlikte kullanır.

Veri yoğun işlevler, uzun süreli bellek türleri tarafından ele alınırken, daha kısa bellek işlevleri, düzenli ve günlük görevlerle ilgilenir. Türü ne olursa olsun, tüm bellek, bilgisayarın donanım ve yazılımının genel performansı için hayati öneme sahiptir.

Bilgi işlem bağlamında, ‘bellek’ bilgi depolamayı tanımlamak için kullanılan terimdir , ancak bu görevin ötesinde kullanımları ve anlamları olan bazı bellek bileşenleri vardır. Aslında önbelleğin merkezi bir parçası olan verilerin kodlanması ve alınması gibi.

Önbellek kendi başına neredeyse hiçbir işe yaramaz, ancak bilgisayar sisteminin diğer bölümleriyle birlikte son derece önemli bir rol oynar.

Önbellek, bilgisayar işlevlerinin en son erişilen verileri yakın bir yerde tutmasını sağlar, böylece aynı talimat setini tekrar tekrar kullanmak yerine tekrar tekrar kullanılabilir. Bu nedenle önbellek kapasitesi daha yüksek olan sistemler, daha kolay erişilebilir verileri tutabildikleri için daha hızlı görünmektedir.

Önbellek vs RAM

Rastgele erişimli belleğe (RAM) benzer bir işlev gibi görünebilir, ancak önbellekte gözle görülür bir fark vardır. Başlangıç ​​için, veriler hemen erişilmek ve kullanılmak üzere gelecekteki operasyonel görevler için önbellekte depolanırken, halihazırda kullanımda olmayan uygulama ve operasyonel veriler RAM’de depolanır.

Önbellek ayrıca, temel olarak RAM’e kıyasla merkezi işlem birimine yakınlığı nedeniyle daha hızlıdır. Ayrıca, önbellek, yalnızca ihtiyaç duyduğu bilgileri depoladığı için genellikle RAM’den daha küçüktür. 

Önbellek türleri

Önbellek biraz karmaşık bir canavardır. Çoğu kişinin aşina olduğu standart RAM’den farklı çalışır ve ayrıca farklı önbellek türleri de vardır.

Her önbellek türünün avantajları ve dezavantajları vardır, genellikle daha yüksek ve daha düşük isabet oranı oranlarıyla sonuçlanır – bir önbelleğin aldığı toplam sayıya karşı kaç içerik isteğini başarıyla işleyebildiğinin ölçüsü. Çeşitli farklılıkların tümü, önbellek belleğinin eşlenme biçimine bağlıdır.

Doğrudan haritalama

Doğrudan eşleme önbelleği, en basit biçimidir; her bellek bloğu, birden çok küme tarafından düzenlenen bir dizin kullanılarak önbellekteki bir satıra eşlenir.

Bu durumda, bir satır zaten doluysa, eşlenmesi gereken yeni blok yüklenir ve eski blok kaldırılır.

Bu durumda önbelleğin işlevi, sistemin ana belleğinde saklanan indeks alanıyla birlikte bellek adresi için etiket alanını depolamaktır.

Doğrudan haritalamanın avantajları

Yerleştirme politikasının göreli basitliği göz önüne alındığında, bu tür eşleme tipik olarak basit makinelerde kullanılır, bunun o kadar güç yoğun olmadığı anlamına gelir.

Doğrudan haritalamanın dezavantajları

Bu basitlik aynı zamanda önbellek içindeki her kümede yalnızca bir satır mevcut olduğu anlamına gelir ve yeni bir adres eşlendiğinde bu satırın değiştirilmesi ihtiyacı, daha düşük bir isabet oranı oranıyla sonuçlanır.

Tam ilişkisel haritalama

Birden çok kümede küme başına yalnızca bir satıra sahip olmak yerine, tam ilişkisel eşleme, adresleri ilk önce birden çok önbellek satırıyla tek bir kümeye eşlenmiş olarak görür. Bu, yüklenmekte olan bloğun mevcut herhangi bir satırı işgal edebileceği anlamına gelir.

Tam ilişkisel haritalamanın avantajları

Tam ilişkisel eşlemenin iyi yanı, blokların yerleştirilmesi için çok daha fazla esneklik sağlaması ve potansiyel olarak her bloğun süresi dolmadan tam olarak kullanılmasına izin vermesidir. Daha az blok değişimi, önbelleğin işleyebileceği içerik isteklerinin sayısını da artırarak daha yüksek bir isabet oranı oranına yol açar. Aynı zamanda en hızlı haritalama şekli olarak kabul edilir.

Tam ilişkisel haritalamanın dezavantajları

Dezavantajı, bir sistemin bir bellek bloğunu bulmak için bir önbellekteki daha fazla sayıda satırı yinelemesi gerektiğinden, bu işlemin doğrudan eşlemeye göre daha fazla zaman almasıdır. Bu aynı zamanda güç tüketimini artırır ve verimli bir şekilde çalışması için daha güçlü donanım gerektirir.

İlişkisel eşlemeyi ayarla

Küme ilişkisel eşleme, her bloğun önbellek içindeki daha küçük bir konum alt kümesine eşlenmesinden dolayı, doğrudan ve tam ilişkisel eşleme arasında bir orta yol görevi görür.

Bir bloğun eşlenebileceği (doğrudan eşleme) yalnızca tek bir satıra sahip olmak yerine, çizgiler kümeler halinde gruplandırılır. Bellek blokları daha sonra belirli kümelerle eşleştirilir ve ardından bu küme içindeki herhangi bir satıra atanır.

Küme ilişkisel eşlemenin avantajları

Bu, aşırı güç ve donanım gereksinimleri olmaksızın bir miktar esneklik sağladığı göz önüne alındığında, doğrudan eşleme ile tam ilişkilendirme arasında bir değiş tokuş olarak kabul edilir.

Küme ilişkisel eşlemenin dezavantajları

Dezavantajı, doğal olarak tam ilişkisel haritalama kadar verimli olmaması ve daha düşük isabet oranı sağlamasıdır.

Önbellek derecelendirmesi

Seviyelere göre derecelendirilen üç farklı kategori vardır: L1, L2 ve L3. L1 önbellek genellikle işlemci çipinde yerleşiktir ve 8KB ile 64KB arasında değişen en küçük boyuttur. Ancak, aynı zamanda CPU’nun okuması için en hızlı bellek türüdür. Çok çekirdekli CPU’larda genellikle her çekirdek için ayrı bir L1 önbelleği bulunur.

L2 ve L3 önbellekleri L1’den daha büyüktür ancak erişimleri daha uzun sürer. L2 önbelleği bazen CPU’nun bir parçasıdır, ancak genellikle CPU ve RAM arasında ayrı bir yongadır.

Grafik işleme birimleri (GPU’lar) genellikle CPU için ayrı bir önbelleğe sahiptir, bu da GPU’nun nispeten yüksek gecikmeli sistem RAM’ine güvenmeden karmaşık işleme işlemlerini hızlı bir şekilde tamamlamasını sağlar.

Makalenin orjinal kaynağını bu linkten okuyabilirsiniz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.