CPU Önbelleği Nasıl Çalışır ve L1, L2 ve L3 Nedir?

Bilgisayar işlemcileri, son birkaç yılda, transistörlerin boyutu her yıl küçülmekte ve Moore Yasası'nın hızla gereksiz hale geldiği bir noktaya vuran ilerlemelerle birlikte oldukça ilerlemiştir..

İşlemciler söz konusu olduğunda, sadece sayılan transistörler ve frekanslar değil, aynı zamanda önbellek.

CPU'lar (Merkezi İşlem Birimleri) tartışılırken önbellek hakkında bir şeyler duymuş olabilirsiniz. Ancak, bu sayılara çok fazla dikkat etmiyoruz ya da bu CPU'ların reklamlarının asıl önemli özelliği de onlar değil.

Peki CPU önbellek ne kadar önemli ve nasıl çalışır??

CPU Önbelleği Nedir??

Basitçe söylemek gerekirse, önbellek gerçekten hızlı bir bellek türüdür. Bildiğiniz gibi, bir bilgisayarın içinde birden fazla bellek türü vardır. Bir sabit disk veya SSD gibi birincil bir depolama alanı vardır; bunlar, işletim sisteminin ve tüm programların büyük bölümünü depolar..

Daha sonra, genellikle RAM olarak bilinen Rasgele Erişim Belleğine sahibiz. Bu birincil depolamadan çok daha hızlı.

Son olarak, CPU kendi içinde daha hızlı bellek ünitelerine sahiptir, ki bu bizim önbellek olarak bildiğimiz.

Bir bilgisayardaki bellek, hıza bağlı olarak bir hiyerarşiye sahiptir ve önbellek bu hiyerarşinin en üstünde durur, en hızlısıdır. Aynı zamanda merkezi işlemenin gerçekleştiği yere en yakın olanı CPU'nun kendisinin bir parçası.

Önbellek, Dinamik RAM (DRAM) olan sistem RAM'ine kıyasla Statik RAM'dir (SRAM). Statik RAM, SRAM'ın önbellek için kullanılmasını ideal kılan DRAM'den farklı olarak, sürekli yenilenmeye gerek kalmadan veri tutabilen bir veridir..

CPU Önbelleği Nasıl Çalışır??

Bildiğiniz gibi, bir program CPU tarafından çalıştırılacak bir dizi talimat olarak tasarlanmıştır. Bir programı çalıştırdığınızda, bu talimatların birincil depolama biriminden CPU'ya kadar yol alması gerekir. Hafıza hiyerarşisinin devreye girdiği yer burasıdır.

Veri önce RAM'e yüklenir ve daha sonra CPU'ya gönderilir. İşlemciler bu günlerde saniyede devasa sayıda komut gerçekleştirme yeteneğine sahipler. Gücünü tam olarak kullanabilmek için CPU'nun süper hızlı belleğe erişmesi gerekir. Bu önbellek girdiği yer.

Bellek denetleyicisi, verileri RAM'den alıp önbelleğe gönderme işini yapar. Sisteminizde hangi CPU'nun olduğuna bağlı olarak, bu kontrol cihazı ana karttaki North Bridge yonga setinde veya CPU'nun içinde olabilir.

Önbellek daha sonra CPU içindeki verilerin ileri geri gerçekleştirir. Bellek hiyerarşisi, önbellekte de bulunur..

(İşlemcinin kendisinin nasıl çalıştığını bilmekle ilgileniyorsanız, CPU'nun temellerini açıklayan makalemize bakın. CPU Nedir ve Ne Yapar? CPU Nedir ve Ne Yapar? Bilgisayar kısaltmaları kafa karıştırıcıdır. Yine de bir CPU? Ve bir dörtlü veya çift çekirdekli işlemciye ihtiyacım var mı? Peki ya AMD veya Intel? Farkı açıklamaya yardımcı olmak için buradayız!.)

Önbellek Seviyeleri: L1, L2 ve L3

CPU önbelleği üç ana 'Seviye', L1, L2 ve L3'e bölünmüştür. Buradaki hiyerarşi, hıza ve dolayısıyla önbellek boyutuna göre tekrar.

L1 (Seviye 1) önbellek, bir bilgisayar sisteminde mevcut olan en hızlı hafızadır. Erişim önceliği açısından, L1 önbelleği, belirli bir görevi tamamlarken CPU'nun en çok ihtiyaç duyacağı verilere sahiptir..

Boyut kadarıyla, L1 önbelleği genellikle 256 KB'a kadar çıkar. Ancak, bazı gerçekten güçlü CPU'lar şimdi 1 MB'ye yaklaşıyor. Bazı sunucu yonga setleri (Intel'in en üst seviye Xeon CPU'ları gibi) artık 1-2 MB L1 önbellek arasında bir yerde bulunuyor..

L1 önbelleği genellikle talimat önbelleğine ve veri önbelleğine iki şekilde ayrılır. Komut önbelleği işlemcinin gerçekleştirmesi gereken işlem hakkında bilgi verirken, veri önbelleği işlemin gerçekleştirileceği verileri tutar..

Resim Kredisi: Intel

L2 (Seviye 2) önbellek, L1 önbellekten daha yavaş, ancak daha büyük boyuttadır. Yeni, güçlü CPU'lar geçme eğiliminde olsa da, boyutları genellikle 256 KB ile 8 MB arasında değişiyor. L2 önbellek, sonraki CPU tarafından erişilmesi muhtemel verileri tutar. Modern işlemcilerin çoğunda, L1 ve L2 önbellekleri CPU çekirdeği üzerinde bulunur ve her bir çekirdek kendi önbelleğini alır.

L3 (Seviye 3) önbellek, en büyük önbellek ve aynı zamanda en yavaş önbellek birimidir. 4 MB ile 50 MB arasında değişebilir. Modern CPU'lar, L3 önbellek için CPU ölümü için ayrılmış alana sahiptir ve çok fazla alan kaplar.

Önbellek Hit veya Miss ve Gecikme

Veriler RAM'den L3 önbelleğine, ardından L2 ve son olarak L1'e akıyor. İşlemci bir işlemi gerçekleştirmek için veri ararken, önce L1 önbelleğinde bulmaya çalışır. CPU onu bulabilirse, duruma önbellek isabeti adı verilir. Daha sonra L2'de bulmak için ilerler ve sonra L3.

Verileri bulamazsa, ana bellekten erişmeye çalışır. Buna bayan önbellek denir.

Şimdi, bildiğimiz gibi, önbellek, ana bellek ve CPU arasındaki bilgilerin ileri ve geri hızlanmasını sağlamak için tasarlandı. Hafızadan verilere erişmek için gereken süreye Latency denir. L1 en düşük gecikmeye, en hızlı ve çekirdeğe en yakın, L3 en yüksek gecikmeye sahip. Bir önbellek özeti olduğunda gecikme çok artar. Bunun nedeni, işlemcinin verileri ana bellekten alması gerektiğidir..

Bilgisayarlar daha hızlı ve daha iyi hale geldikçe, gecikme döneminde bir düşüş görüyoruz. Şimdi düşük gecikmeli DDR4 RAM'lere sahibiz ve birincil depolama alanı olarak düşük erişim sürelerine sahip süper hızlı SSD'lerimiz var, bunların her ikisi de genel gecikmeyi önemli ölçüde azalttı. RAM'in nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, burada hızlı ve kirli RAM kılavuzumuz RAM için Hızlı ve Kirli Rehber: Bilmeniz Gerekenler RAM için Hızlı ve Kirli Rehber: Bilmeniz Gerekenler RAM çok önemlidir Her bilgisayarın bileşeni, ancak kafa karıştırıcı olabilir. Anlayacağınız kolay anlaşılır terimlerle parçalara ayırıyoruz. .

Daha önce, önbellek tasarımları CPU dışında L2 ve L3 önbelleklerine sahipti ve gecikmeyi olumsuz etkiledi..

Bununla birlikte, CPU transistörleriyle ilgili imalat işlemlerinde kaydedilen ilerlemeler milyarlarca transistörün öncekinden daha küçük bir alana yerleştirilmesini mümkün kılmıştır. Sonuç olarak, önbellek çekirdeğe mümkün olduğu kadar yakın olmasını ve böylece gecikmeyi önemli ölçüde azaltmasını sağlayan önbellek için daha fazla alan bırakılmıştır..

Önbelleğin Geleceği

Önbellek tasarımı her zaman evrim geçirmektedir, özellikle bellek daha ucuz, daha hızlı ve daha yoğun hale geldiğinde. Intel ve AMD, Intel bile bir L4 önbelleği ile deneme yaparken, önbellek tasarımları ile deneme deneyimlerinin payını paylaştı. CPU pazarı her zamankinden daha hızlı ilerliyor.

Bununla birlikte, önbellek tasarımının sürekli artan CPU gücüne ayak uyduğunu görmek zorundayız..

Ek olarak, modern bilgisayarların sahip olduğu darboğazları azaltmak için birçok şey yapılıyor. Bellek gecikmesini azaltmak belki de bunun en büyük kısmıdır. Endüstri aynı çözümler için çalışıyor ve gelecek umut verici görünüyor.

Bir çeşit karma harici önbellek olarak kullanılabilecek Intel Optane hakkında bir şey duymuş bile olabilirsiniz. Almadıysanız, Intel Optane'nin potansiyel uygulamalarını araştıran makalemize bakın. Intel Optane Bellek Ucuz DDR3 RAM mi? Intel Optane Bellek Ucuz DDR3 RAM mi? Intel'in Optane hafızasının neyle ilgili olduğunu merak mı ediyorsunuz? Ucuz RAM mi, yoksa başka bir şey mi? İşte bilmeniz gerekenler. .