Cache-Hızlı Hafıza Birimi. Bilgisayar Sistemi Bilgisayarların Anakart Organizasyonu

Transkript

1 Bilgisayarların Anakart Organizasyonu Pentium Đşlemci Đşlemci-hafıza BUS Adres Veri Cache Level 1 SDRAM Hazıfza DRAM PCI BUS USB USB CD-ROM Hard Disk PIIX 3 ISA BUS ISA Aygıtları PCI Aygıtları Adres/veri 6/4 BUS Bilgisayar Sistemi Đnsan; görsel sistem Compiler; for (i=0; i<3; i++) a=b+c Assembly dili; STORE R1#6 ADD #6, #12 CPU; Ünitesi, Kod çözücü, ALU Elektronik aletler Kapılar Trainsistörler Bir bilgisayarda hafızaya, hafızadaki bilgiye ulaşma zamanı, işlemci içinde işlem yapma zamanından fazla uzun olmamalıdır. Bunun için bilgiye ulaşma zamanı arttırmak için, hızlı hafıza ünitesi (Cache) RAM den farklı olarak bilgisayara konulmuştur. 1

2 Đki seviyeden oluşur; Cache 1, CPU nun içine, Cache 2, CPU nun dışına, CPU ile RAM arasına konulmuştur RAM Cache 2 Cache 1 Decoder ALU 2048 Registers Registers RAM genellikle 256 veya 512 MB olur. Cache ise 512 KB olur (RAM=1000 Cache). Bu nedenle RAM deki bütün bilgiler Cachede bulunamaz. Bunun yerine Cachenin ihtiyacı önceden tahmin edilir ve bunlar önceden Cache yüklenir. CPU, RAM ı kullanırken çok farklı yerlerdeki adresler üzerinde çalışmaz, genellikle bir birine yakın adresleri kullanır, buna Prenciples of Locality denir. CPU nun RAM i kullanmasını gerektiren bir emir geldiğinde, önce cache bakar, eğer ihtiyacı olan adres Cache içinde varsa RAM e gidilmez, cache deki adres kullanılır. Eğer gerekli adres cache içinde yoksa o zaman RAM e gidilir ve aranan adres alınır. Hazır RAM e gidilmişken aranan adresin komşu adresleri de cache kopyalanır. Sonraki işlemlerde bu adreslerin kullanılacağı varsayılır. 2

3 RAM, CPU, register, cache arasında nasıl bir trafik vardır? Đşlemlerde cache nasıl kullanılır? Bir örnekle açıklayalım: Assembly Kodu: STORE 400, #10 Rakam 10 u 400 nolu hafızaya koy. STORE 401, #20 Rakam 20 u 401 nolu hafızaya koy. LOAD R1, nolu hafızadaki veriyi R1 e yükle. LOAD R2, nolu hafızadaki veriyi R2 e yükle. ADD R3,R1,R2 registerler R1 ve R2 deki verileri topla sonucu R3 e yaz. DIV R4,R3,#2 R3 deki veriyi 2 ye böl ve sonucu R4 registere yaz. Yukarıdaki Assembly kodları bilgisayarda nasıl işlenir? KU: BUS a der ki; yeni bir emir var, 2480 adresindeki emri bana getir. BUS: RAM e gider 2480 adresindeki veriyi bana ver der. RAM: veriyi kopya eder ve BUS a verir. BUS: KU gider ve veriyi verir. KU: Kodu çözer: 400 nolu RAM adresindeki veriyi register 1 e yükle (R1). Sonra tekrar BUS a döner ve 400 nolu adresteki veriyi getir ve R1 e koy der. BUS: Cache gider ve sorar; 400 nolu adresteki veri sende var mı? Cache: kendisindeki adresleri kontrol eder ve hayır yok der. RAM e gider ve bana 400 nolu adresteki veriyi bana ver der ve gelmişken 401, 402 ve 403 adreslerindeki verileri de ister. RAM: 400 adresindeki veriyi (400=10) ve diğer verileri (401=20, 402=0, 403=0) verir. BUS: Cache gider ve şunları benim için depolar mısın der? Cache: verileri depolar. BUS: registere gider ve şu 10 değerini R1 e yazar mısın der? REGISTER: kaydı yapar, R1=10. 3

4 2. emir (LOAD R2,401) KU:BUS a döner ve ikinci bir emir var, 2481 adresindeki emirleri bana getir. BUS: RAM a gider, 2481 adresindeki veriyi bana ver der. RAM: veriyi kopyalar ve BUS a verir. BUS: KU ne gider ve emri verir. KU: kodu çözer: 401 nolu adresteki veriyi R2 registere yükle. BUS a döner ve 401 nolu adresteki veriyi getirmesini R2 ye yüklemesini söyler. BUS: Cache gider, Cache 401 nolu adresteki veriye sahip misin diye sorar? Cache: kendisindeki adreslere bakar, bulur ve al der =20. BUS: registere gider ve 20 değerini R2 registerine yazılmasını ister. REGISTER: kaydı yapar. 3. emir (ADD R3, R1, R2) KU: BUS a yeni bir emir var, bana 2482 adresindeki veriyi getir. BUS: RAM a gider ve 2482 adresindeki veriyi ister. RAM: veriyi kopyalar ve BUS a verir. BUS: KU ne döner ve veriyi verir. KU: kodu çözer: R1 ve R2 registerindeki verileri topla ve R3 registerine yaz. Sonra BUS a döner ve: BUS, ALU ya git ve R1 ve R2 deki verileri toplasın ve sonucu R3 e yaz der. BUS: ALU ya gider, R1 ve R2 deki verileri toplar mısın der. ALU: Emri alır, R1=10, R2=20, toplamları ise 30, al der. BUS: 30 değerini R3 registerine yazar. 4

5 4. emir (DIV R4,R3,#2) KU: BUS a döner ve yeni emir, 2483 adresindeki emri getir. BUS: RAM a gider ve 2483 deki emri ister. RAM: veriyi kopyalar ve BUS a verir. BUS: KU ne döner ve emri verir. KU: kodu çözer: R3 teki veriyi 2 ye böl ve sonucu R4 e yaz. BUS a döner ve ALU ya gitmesini ve işlemi yaptırtmasını söyler. BUS: ALU ya gider ve R3 deki 2 ye böler misin der? ALU: R3=30, 30/2=15, işte aradığın cevap der ve veriyi verir. BUS: 15 sonucunu registerden R4 e yazmasını ister. REGISTER: 15 değerini R4 registerine yazar. Adres Hiyerarşisi Klavyeden bir bilgisayar programının girilmesi, bu programın bilgisayar içinde izlediği yol ve sonucun RAM e depolanması CPU register Cache 1 Cache 2 Hard Disk 1 ns 10 ns 100 ns 1000 ns Harici Depolama Üniteleri Register Cache RAM Diğer En Hızlı En Yavaş KU Registers ALU USB Fare Cache 1 Klavye Giriş MERHABA Grafik Adaptör Ekran Đşlemci-hafıza BUS North Bridge Disk Disk Merhaba RAM Diğer Aygıtlar Đçin Slotlar G/Ç BUS 5

6 Disketten RAM a Yükleme ve RAM den Ekrana Yazdırma KU Registers ALU Đşlemci-hafıza BUS Cache 1 North Bridge RAM G/Ç BUS USB Grafik Adaptör Disk Fare Klavye Giriş Ekran Disk Diğer Aygıtlar Đçin Slotlar 6