Bilgisayar sistemi tasarımında, bir işlemci yanı sıra büyük miktarda bellek aygıtı kullanılmıştır. Ancak asıl sorun bu parçaların pahalı olmasıdır. Böylece hafıza organizasyonu sistemin bellek hiyerarşisi ile yapılabilir. Farklı performans oranlarına sahip birkaç bellek seviyesine sahiptir. Ancak tüm bunlar, erişim süresinin kısaltılabilmesi için kesin bir amaç sağlayabilir. Bellek hiyerarşisi, programın davranışına bağlı olarak geliştirilmiştir. Bu makalede, bilgisayar mimarisindeki bellek hiyerarşisine genel bir bakış anlatılmaktadır.
Bellek Hiyerarşisi nedir?
Bir bilgisayardaki bellek, hıza ve kullanıma bağlı olarak beş hiyerarşiye bölünebilir. İşlemci, gereksinimlerine göre bir seviyeden diğerine geçebilir. Hafızadaki beş hiyerarşi, yazmaçlar, önbellek, ana hafıza, manyetik diskler ve manyetik bantlardır. İlk üç hiyerarşi, güç olmadığında ve daha sonra depolanan verilerini otomatik olarak kaybedecekleri anlamına gelen geçici belleklerdir. Oysa son iki hiyerarşi uçucu değildir, bu da verileri kalıcı olarak sakladıkları anlamına gelir.
Bir bellek öğesi, depolama aygıtları ikili verileri bit türünde saklar. Genel olarak, hafızanın depolanması Uçucu ve uçucu olmayan olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir.
Bilgisayar Mimarisinde Bellek Hiyerarşisi
bellek hiyerarşisi tasarımı bir bilgisayar sisteminde temelde farklı depolama aygıtları bulunur. Bilgisayarların çoğu, ana bellek kapasitesinin ötesinde daha güçlü bir şekilde çalışmak için ekstra depolama ile dahili olarak oluşturuldu. Devamındaki bellek hiyerarşi diyagramı bilgisayar belleği için hiyerarşik bir piramittir. Bellek hiyerarşisinin tasarımı, birincil (Dahili) bellek ve ikincil (Harici) bellek olmak üzere iki türe ayrılır.
Bellek Hiyerarşisi
Birincil bellek
Birincil bellek, dahili bellek olarak da bilinir ve buna işlemci tarafından doğrudan erişilebilir. Bu bellek, ana, önbellek ve CPU kayıtlarını içerir.
Ikincil bellek
İkincil bellek aynı zamanda harici bellek olarak da bilinir ve buna işlemci tarafından bir giriş / çıkış modülü aracılığıyla erişilebilir. Bu bellek bir optik disk, manyetik disk ve manyetik bant içerir.
Bellek Hiyerarşisinin Özellikleri
Bellek hiyerarşisi özellikleri temel olarak aşağıdakileri içerir.
Verim
Daha önce, bir bilgisayar sisteminin tasarımı bellek hiyerarşisi olmadan yapılmaktaydı ve ana bellek ile CPU kayıtları arasındaki hız boşluğu, erişim süresindeki büyük eşitsizlik nedeniyle artmaktadır ve bu da sistemin daha düşük performansına neden olacaktır. Bu nedenle, geliştirme zorunluydu. Bunun iyileştirilmesi, sistemin performans artışı nedeniyle bellek hiyerarşisi modelinde tasarlanmıştır.
Kabiliyet
Bellek hiyerarşisinin yeteneği, belleğin depolayabileceği toplam veri miktarıdır. Çünkü ne zaman bellek hiyerarşisi içinde yukarıdan aşağıya geçsek, kapasite artacaktır.
Erişim süresi
Bellek hiyerarşisindeki erişim süresi, veri kullanılabilirliği ile okuma veya yazma talebi arasındaki zaman aralığıdır. Çünkü bellek hiyerarşisi içinde yukarıdan aşağıya her geçiş yaptığımızda erişim süresi artacaktır.
Bit başına maliyet
Bellek hiyerarşisi içinde aşağıdan yukarıya geçtiğimizde, her bit için maliyet artacaktır, bu da dahili bir Belleğin harici belleğe kıyasla pahalı olduğu anlamına gelir.
Bellek Hiyerarşisi Tasarımı
Bilgisayarlardaki bellek hiyerarşisi esas olarak aşağıdakileri içerir.
Kayıtlar
Genellikle, yazmaç, tipik olarak 64 veya 128 bit olan veri sözcüğünü tutmak için kullanılan bilgisayarın işlemcisindeki statik bir RAM veya SRAM'dir. Program sayacı kayıt olmak en önemlisidir yanı sıra tüm işlemcilerde bulunur. İşlemcilerin çoğu, bir akümülatörün yanı sıra bir durum sözcük kaydı kullanır. Karar verme için bir durum sözcük kaydı kullanılır ve toplayıcı, matematiksel işlemler gibi verileri depolamak için kullanılır. Genellikle bilgisayarlar karmaşık komut seti bilgisayarlar ana hafızayı kabul etmek için çok fazla kayıt var ve RISC- azaltılmış komut seti bilgisayarlarda daha fazla kayıt var.
Ön bellek
Önbellek de işlemcide bulunabilir, ancak nadiren başka bir IC (entegre devre) seviyelere ayrılmıştır. Önbellek, ana bellekten sıklıkla kullanılan veri yığınını tutar. İşlemcinin tek bir çekirdeği olduğunda, nadiren iki (veya) daha fazla önbellek seviyesine sahip olacaktır. Mevcut çok çekirdekli işlemciler, her bir çekirdek için üç, 2 seviyeye sahip olacak ve bir seviye paylaşılacak.
Ana hafıza
Bilgisayardaki ana bellek, doğrudan iletişim kuran CPU'daki bellek biriminden başka bir şey değildir. Bilgisayarın ana depolama birimidir. Bu bellek hızlıdır ve bilgisayarın tüm işlemleri boyunca verileri depolamak için kullanılan büyük bellek. Bu hafıza, hem RAM hem de ROM'dan oluşur.
Manyetik Diskler
Bilgisayardaki manyetik diskler, plastikten, aksi takdirde metalden mıknatıslanmış malzemeden üretilmiş dairesel plakalardır. Sıklıkla, diskin iki yüzü kullanılır ve birçok disk, her düzlemde elde edilebilen okuma veya yazma kafaları ile bir mil üzerine istiflenebilir. Bilgisayardaki tüm diskler yüksek hızda birlikte döner. Bilgisayardaki izler, mıknatıslanmış düzlemde eşmerkezli dairelerin yanındaki noktalarda depolanan bitlerden başka bir şey değildir. Bunlar genellikle sektörler olarak adlandırılan bölümlere ayrılır.
Manyetik bant
Bu bant, ince şeridin uzatılmış, plastik bir filmi üzerinde ince mıknatıslanabilir bir örtü ile tasarlanmış normal bir manyetik kayıttır. Bu, esas olarak büyük verileri yedeklemek için kullanılır. Bilgisayarın bir şeride erişmesi gerektiğinde, önce verilere erişmek için bağlanacaktır. Verilere izin verildiğinde, verinin bağlantısı kesilecektir. Belleğe erişim süresi, manyetik şeritte daha yavaş olacak ve bir şeride erişmek birkaç dakika sürecektir.
Bellek Hiyerarşisinin Avantajları
Bir bellek hiyerarşisine duyulan ihtiyaç aşağıdakileri içerir.
- Bellek dağıtımı basit ve ekonomiktir
- Dış yıkımı kaldırır
- Veriler her yere yayılabilir
- Çağrı ve ön sayfalama talebine izin verir
- Takas daha verimli olacak
Böylece, bu tamamen bellek hiyerarşisi . Yukarıdaki bilgilerden son olarak, bunun esas olarak bit maliyetini, erişim sıklığını düşürmek ve kapasiteyi, erişim süresini artırmak için kullanıldığı sonucuna varabiliriz. Dolayısıyla, tüketicilerinin ihtiyaçlarını karşılamak için bu özelliklere ne kadar ihtiyaç duyacakları tasarımcıya kalmıştır. İşte sana bir soru işletim sistemindeki bellek hiyerarşisi ?
