Ön-Bellekler, işlemcide ki iç işlemleri hızlandırmak ve yavaş bellekte ki komutları yürütürken harcanan zamanı en aza indirmek için geliştirilmiştir. Önbellek çalışmakta olan programa  ait komutların, verilerin geçici olarak saklandığı yüksek hızlı hafızalardır. Önbellekler önceleri işlemci dışında yer almış daha sonra işlemci içine yerleştirilmiştir. Bu bellekler çoğu zaman veri ve komut Ön-Bellekleri olarak ikiye ayrılırlar.

İşlemci bir veriyi ana bellekten okumak veya yazmak istediğinde önce Ön-Belleğe bakar, eğer istenen veri varsa ve içeriği değiştirilmemişse bu veriyi okur.  Yazma sürecinde ise önce Ön-Bellekte ki, sonra ise uygun bir zaman bulunduğunda ana bellekte ki bir adresin içerikleri değiştirilir.

İşlemcinin komutları daha hızlı yüklemesini sağlayan bu hafıza genellikle L1 (Level1) ve L2 (Level2) olmak üzere iki kısımdan oluşur. İşlemci, ihtiyaç duyduğu komutu ilk önce L1 ön bellekte (L1 ön bellek L2 ön bellekten daha hızlıdır.) arar. Eğer işlemcinin aradığı komut burada yoksa L2 önbelleğe bakar. Eğer burada da yoksa sırasıyla RAM ve sabit disk üzerinde ki sanal hafıza üzerinde arar.

Böylece görüldüğü gibi bellek birimleri erişim hızı ve kapasitelerine göre değişik tiplere bölünmektedirler. Bu da bir hiyerarşi oluşturur. Bu hiyerarşi aşağıda ki şekilde gösterilmiştir.

Ön-Bellek Parametreleri aşağıda listelenmiştir.

• Çekirdeğe özel L1 buyruk ve veri Ön-Belleği
• (unified)Paylaşılan Ön-Bellek
• L1 buyruk ve veri Ön-Belleği yakalama süresi
• L2 Ön-Bellek yakalama süresi
• Bellek erişim gecikme süresi

Ön-Bellek Kontrolleri ana bellekte depolanmış enformasyondan Ön-Belleğin kapasitesi kadarını bu belleklere kopyalanmasını sağlamıştır. Ön-Bellek işlemci tarafından sürdürülmekte olan programın ve bu programa uygun verilerin yoğun olarak kullanılan kısımlarını tutmakta ve bundan dolayı işlem hızının artmasına neden olmaktadır.

Ana Bellek ile Ön-Bellek veri alış-verişinin beklemesiz yapılmasını Ön-Bellek kontrolleri sağlamaktadır. Eğer aranan veri grubu dahili Ön-Bellek de ise bu Ön-Bellek  işlemci ile aynı hızda olduğundan dolayı hiçbir gecikme söz konusu olmayacaktır.

Eğer bir veri grubu L1’de değilse L2’ye geçiş gerektirir, enformasyon L2’de de yoksa, o zaman erişim ana belleğe yapılacaktır. Ana Bellek sistemin performansını düşürecektir. Enformasyon ana bellekte bulunduktan sonra Ön-Bellek kontrolleri önce onun bir kopyasını L2’ye, daha sonra ise L1’e kopyalar. Kendisi veriyle ilgili bir dizin oluşturur. Enformasyon L1’de bulunduğunda L1 bellek isabetli bulunmadığında L1 bellek ıskaladı denir. Bu aynen L2 içinde geçerlidir.

Kaynaklar;

Nurettin Topaloğlu, Mikroişlemciler ve Assembly Dili, 6. Baskı Temel Mimarisi, Yapısı ve Organizasyonu, Türkiye, Seçkin Yayınevi.

Tanenbaum  A.S., Structured Computer Organisation, Prentive Hail, New Jersey, 1990.

Novruz Allahverdi, Bilgisayar Organizasyonu, Ders Notu,KTO Karatay Üniversitesi, Konya, 2019

Arş. Gör. Emel Soylu, Arş. Gör. Kadriye Öz, MTM 305 Ders Notu, Karabük Üniversitesi

 Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University Cilt 28, No 3, 545-554, 2013

Bir byte, 8 bittir.  16 bit, yarım kelime(sözcük). 32 bit, bir kelime(sözcük). 64 bit ise iki kat kelimedir.

1024 BYTE = 1 KiloByte
1024 KB = 1 MegaByte
1024 MB = 1 GigaByte
1024 GB = 1 TeraByte

Bilgisayar üzerinde RAM ve ROM olmak üzere iki çeşit bellek bulunur. ROM(Read Only Memory) sadece okunabilir bellektir. Bilgiler okunabilir lakin üzerinde değişiklik yapılamaz. Bu bilgiler elektrik kesilse dahi silinmezler. RAM ise ROM a göre oldukça pahalıdır.

RAM(Random Access Memory) Rastgele erişilebilir Bellek anlamına gelmektedir. İstenilen bölgesine bilgi depolayabilir yazılabilir, okunabilir ve silinebilir. Elektrik kesilmesi durumunda tüm bilgiler silinir.

Parametreleri ise hız, kapasite, FSB ve Önbellektir.

Hız bellek parametrelerinden en önemlilerindendir. Bir bellek ünitesine bir enformasyonun yazılması/okunması süresine denir.

Kapasite olarak ise performansımızı artırmanın bir yolu da kapasitedir. Aynı anda bellekte tutulabilen maksimum enformasyon miktarıdır.  Örneğin RAM bellek türlerinde oyun ve çizim programları gibi işlemler yüksek kapasiteye ihtiyaç duymaktadır.

FSB ise yine hızla alakalıdır. İşlemci ve Kuzey Köprüsü arasındaki bağlantı hızını göstermektedir.

Önbellek; ana bellekten daha hızlı olan bir işlem birimidir. Ön bellek işlemcimizin Ana Bellekten veri alırken kullanılan zamanı azaltır, böylelikle işlem hızı artmış olur.

Bellek Hiyerarşisi; bilgisayarlar enformasyon üzerinde çeşitli işlemler yaparak yeni enformasyon oluşturmaktadırlar. Bu enformasyonları kendinde depolayan ve gerektiğinde işlemcinin kullanımına sunan çeşitli bellek birimleridir. Hem Ana bellek, hem diğer bellekler erişim hızı, performans ve enformasyon depolama kapasitesi bakımından birbirlerinden farklıdır.

Günümüzde, işlemci saat frekansının çok artması ve daha yavaş erişim hızlı Ana Bellek birimleriyle işlemci arasında bir tezatlık oluşturmaktadır. Bunu engellemek için işlemci ile aynı saat frekansında çalışan bellekler kullanılmaktadır.  Bu tür belleklere Ön-Bellek (Cache) denilmektedir.

İşlemci bir veriyi ana bellekten okumak veya yazmak istedğinde önce Ön-Belleğe bakar, eğer istenen veri varsa ve içeriği değiştirilmemişse bu veriyi okur.  Yazma sürecinde ise önce Ön-Bellekte ki, sonra ise uygun bir zaman bulunduğunda ana bellekte ki bir adresin içerikleri değiştirilir.

Görüldüğü gibi Bellek erişim hızı ve kapasitelerine göre değişiklik göstermektedirler, bu bir hiyerarşi oluşturur. Bu hiyerarşinin en yukarı kısmında hız itibari ile işlemciye yakın olan bellek birimleri durmaktadır.

L1 olarak adlanan Ön-Bellek direkt işlemcinin içerisinde yer almaktadır. İkinci seviye Ön-Bellek (L2) çoğu zaman işlemci kartına yerleştirilmektedir. Bundan dolayı onun erişim hızı  L1’e göre biraz daha düşük, kapasitesi ise L1’e göre daha yüksektir. Diyebiliriz ki; Hiyerarşinin üst kısımlarında ki bellek birimleri daha hızlı fakat küçük kapasitelidir,  alt kısımlarında ki ise daha büyük kapasiteli fakat hızları düşüktür.

Genelde Hiyerarşide komşu olmayan bellek birimleri ile direkt temasta bulunmamakta, arada ki birim yardımı ile temasa geçebilmektedir.

Kaynaklar;

Allahverdi N., Bilgisayarın Hızı Nasıl Ölçülür? BYTE Türkiye, Ağustos 1996

Nurettin Topaloğlu, Mikroişlemciler ve Assembly Dili, 6. Baskı Temel Mimarisi, Yapısı ve Organizasyonu, Türkiye, Seçkin Yayınevi.

Tanenbaum  A.S., Structured Computer Organisation, Prentive Hail, New Jersey, 1990.

Novruz Allahverdi, Bilgisayar Organizasyonu, Ders Notu, Konya, 2019