Donanım ve Bilgisayar Mimarisi:Temel Birimler-Bellek

BELLEK

   Bellek, verilerin depolandığı yerdir. Giriş yapılan ve işlenen veriler bellekte depolanır. Bu veriler bellekte elektronik işaretler biçimde depolanır. 

• RAM Bellek -----> Random Access Memory

• ROM Bellek------> Read Only Memory

➤Ayrıca bir programın çalışabilmesi için öncelikle bellekte bulunması gerekir. Peki neden?

  ➤Çünkü CPU 'daki bir yazmaç işletileceğini tutar. Bu yazmaç sadece bellek adreslerini içerebilir. Bu yüzden diskten bir program belleğe yüklenmedikçe CPU tarafından işletilemez.




   Önbellek (Chache Memory), CPU ve bellek arasındaki hız farkından doğan problemlemi çözer.

• Sık kullanılan veya ileride kullanılma ihtimali yüksek olan bilgileri geçici olarak depolar.

• Önbelleğin altında RAM bulunur.

• Daha büyük belleğe sahip olabilmek için , sabit disk üzerindeki bir dosya veya bir bölüm belleğin bir parçasıymış gibi işletim sistemi tarafından kullanılabir. Bu belleğe sanal bellek (virtual memory) denir. 

   Önbellek Nasıl Çalışır ?

• CPU tarafından bir istek yapıldığında eğer veri önbellek varsa buna isabet (hit) denir; eğer bu veri önbellekte yoksa buna isabetsizlik (miss) denir. Bu durumda veri bir sonraki katmandan ön belleğe getirilir ve CPU 'ya iletilir.

• İsabet oranı (hit rate), CPU 'nun yaptığı isteklerin ne kadarının önbellek tarafından karşılandığını gösterir.

•   Eğer önbellek doluysa ve alt katmandan yeni veri getirilmesi gerekiyorsa, yeni veri kullanılma ihtimali en az olan verinin yerine getirilir. 

➽ Bellek hiyeraşisi veya bellek piramidi denen bir kavram vardır. Değişik veri depolama birimlerinin veri iletim hızı/iletim gücüne göre hiyerarşik olarak sıralanmasına denir. 

• Bellek hiyerarşisi sayesinde sık kullanılan kod ve veriler CPU 'ya yakın yerlerde tutulur. Örneğin, önbellek 

• CPU tarafında yapılan istekler genelde üst katman tarafından karşılanır.

• İstenen veri üst katmanda bulunamazsa bir alt katmana başvurulur.

• Veri hangi katmanda bulunuyorsa bu katmandan bir üst katmana kopyalanır.

   Aşağıda, bellek piramidini oluşturan bileşenlerin hız ve kapasite bilgileri görülüyor.

NOT : Yeni Pentium işlemcilerde L2 önbellek de işlemcinin üzerindedir. 

⟾ Hiyerarşik bellek etkin erişim süresini formülle açıklamak gerekirse,

1. Önbellek gecikmesi olmadığı durumlarda yani aynı anda hem önbelleğe hemde ana belleğe istek yapılır böylece isabetsizlik olursa belleğe yapılacak istek zaten başlatılmış olacaktır.                                                                         Etkin Erişim Süresi = P * Tö + (1-P) * Tb                                                                                                                       
2. Önbellek gecikmesi varsa yani isabetsizlik durumunda önbellek erişim süresi kadar zaman kaybedilmiş olacaktır.                                                                                                                                                                                                                                                                   Etkin Erişim Süresi = P * Tö + (1-P) * ( Tb + Tö )

NOT : 

Tö : Önbellek erişim süresi

Tb : Bellek erişim süresi

P : İsabet oranı

(1-P) : İsabetsizlik oranı

Örnek : Ana bellek erişim süresi 20 ns ve ön bellek erişim süresi 5 ns olduğunda, önbellek isabet oranı %75 olursa bu bilgisayarın erişim süresini hesaplayınız.


Çözüm :

 Önbellek gecikmesi yoksa;

Etkin Erişim Süresi =  75/100 * 5 + ( 1 - 75/100) * 20  

 Önbellek gecikmesi varsa;

Etkin Erişim Süresi =  75/100 * 5 + ( 1 - 75/100) * ( 20+5 )

   Diğer Önbellekler

Önbellek, 2 seviye farkını en aza indirmek içindir. Dolayısıyla CPU ve Bellek arası kullanımı dışında daha pek çok yerde kullanılır.

• Tampon Bellek ( Buffer ) : Disk üzerndeki dosyalara daha hızlı erişebilmek için dosyaların daha hızlı bir katmanda tutulması gerekir. Dosya sisteminden talep edilen isteklerin daha hızlı gerçekleşmesini sağlar.                                                                                                    Örneğin, bir Word dosyasını ilk açıldığında yavaş açılır fakat kapatıp tekrar açtığınızda daha hızlı açılır.

• İnternet Önbellek : Aynı şekilde 2 birim hız ve performans farkını düşürmek için kullanılır. Disk erişim hızı internet erişimimizden daha hızlıdır. Bu hız farkını kapatmak için önbellek mantığı Explorer gibi tarayıcılar tarafından da kullanılmaktadır. Bu tarayıcılar en son erişilen dosyayı disk üzerinde tutar. Geçici İnternet Dosyaları ( Temporary Internet Files ) bu iş için düşünülmüştür.

• RAM Bellek : 

1. Bilgilerin CPU tarafından geçici olarak saklandığı yerdir.
2. Günümüzde ana bellekler DRAM ( Dynmaic RAM) teknolojisi ile üretilir.ler
3. Yarı iletken madde üzerinde oluşturulmuş kapasitör ve transistörlerin bir araya getirilmesi ile oluşmaktadır.
4. Dinamik denmesinin sebebi, kapasitörlerdeki yük bilgisinin milisaniyeler seviyesinde bir sıklıkla devamlı olarak yenilenmesindendir. Ayrıca her okuma işleminden sonra bellek hücresindeki veri kaybolur. Bu yüzden her okuma işleminden sonra veri tekrar bellek hücresine yazılır.
5. CPU tarafından bellek ardışık depolama hücresi olarak görülür.               

                                           

• ROM Bellek : 

1. Bilgilerin kalıcı olarak saklandığı yerdir ve içerik kesinlikle değiştirilemez.
2. Üzerinde bilgisayarın açılması için gerekli programlar vardır.
3. Bu program bilgisayarlar açılırken temel giriş/çıkış birimlerini kontrol eder.
4. Bilgisayara klavye takılı değilse kullanıcıyı uyarır ve bilgisayarın açılmasını engeller.