BİLGİSAYAR MİMARİLERİ 3.Hafta: Bellek Hiyerarşisi-1 Doç.Dr. Ahmet ÖZMEN Sakarya Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

Ders Planı Giriş Neden bellek hiyerarşisi oluşmuştur? Bellek sistemine genel bir bakış Terminoloji Zamanda ve uzayda lokallik (temporal ve spatial locality) Modern bir bilgisayarda bellek hiyerarşisi Teknoloji ve eğilimler Örnek Geçişli Bellek Sistemi

Giriş Bilgisayarın 4 klasik bölümü: Bugünün konusu bellek.

Neden bellek hiyerarşisi oluşmuştur?

Bellek Sistemine Genel bir Bakış Bilgisayar içindeki bellek sisteminin genişletilmiş görüntüsü

Terminoloji Herhangi bir anda, veri kopyalama sadece en yakın iki seviye arasında olur. Üst seviye: CPU’ya yakın olan seviye, Küçük kapasiteli , hızlı ve pahalı teknolojiler içerir. Alt seviye: CPU’dan uzakta olan seviye, Büyük kapasiteli, yavaş ve pahalı olmayan teknolojiler içerir, Blok: İki seviye içinden herhangi birinde var olan veya olmayan en küçük veri miktarı.

Terminoloji (devam) Hit: Verinin üst seviyede olması (örnek; bir önceki figürde blok X) Hit oranı: Aranan verinin üst seviye erişimlerinde bulunma oranı (yüzdesi). Hit zamanı: Üst seviye veriye erişim süresi (RAM erişim süresi + hit/miss karar süresi) Miss: Verinin alt seviyeden getirilmek zorunda kalınması (örnek; blok Y) Miss oranı: 1 – Hit oranı. Miss cezası: Bir bloğun üst seviyeye getirilmesi için gerekli süre + Bloğun CPU’ya ulaştırılması için geçen süre. Hit zamanı << Miss cezası

Zamanda ve Uzayda Lokallik Zamanda lokallik (temporal locality): Eğer bir nesneye (bloğa) erişilmişse, eğilim onun yakın zamanda tekrar erişileceği yönündedir. Yakın zamanda erişilen veriler, CPU’ya yakın tutulmalı. Uzayda lokallik (spatial locality): Eğer bir veriye erişilmişse, yakın zamanda o veriye yakın adresteki verilere erişilme eğilimi yüksektir. Ardışık veriler, blok halinde üst seviyeye taşınmalı.

Modern bir Bilgisayarda Bellek Hiyerarşisi Lokallik prensibini temel alarak: Kullanıcıya verebileceğin en büyük bellek kapasitesini ekonomik (ucuz) bellek ile sağla, Var olan en hızlı erişim teknolojisini kullan.

Hiyerarşi İçindeki Bellek Teknolojileri Rastgele erişim: Erişim süresi her bellek gözü için aynı, DRAM: Dinamik rastgele erişimli bellek, Yüksek yoğunluk, düşük güç, ucuz, yavaş. Dinamik: Sık ve düzenli olarak tazelenmesi (refresh) gerekiyor. SRAM: Statik rastgele erişimli bellek, Düşük yoğunluk, yüksek güç tüketimi, pahalı, hızlı, Statik: İçerik, elektrik kesilmediği sürece değişmez. Rastgele olmayan erişim: Erişim süresi verinin bulunduğu yere ve erişim zamanına bağlı olarak değişir, Örnekler: Disk, CD-ROM, teyp sürücüsü.

Teknolojik Eğilimler

SparcStation 20’nin Bellek Sistemi

SparcStation 20’nin Bellek Sistemi Çeşitli boyutta bellek desteği: En küçük: 32 MB = 16 X 2 Mb DRAM entegresi, SRAM içinde 8 KB sayfa boyutu modu, En büyük: 512 MB = 32 X 16 Mb DRAM entegresi, SRAM içinde 16 KB sayfa boyutu modu,

Yüksek Bant Genişliği

Geçişli Bellek (Interleaved Mem.) Hedef: Ardışıl erişimlerle DRAM erişim gecikmesinin etkisini azaltmak veya yok etmek. Fiziksel bellek eşit sayıda banklara ayrılır, Bank adresi word veya byte’ın saklı olduğu belleği işaret eder: Bank adres = word adres (mod 2n ) Bank sayısı, bellek erişim çevrimlerinin toplam süresinden az olmamalıdır, Örnek: Bellek erişimi 6 saat periyodu tutuyor ise, en az 2n = 8 bank kullanılmalıdır (8 yollu geçişli). Adım (stride): 1+ ardışıl olarak erişilmek istenen word sayısı. Bank sayısı ile adım sayısı ortak faktör olursa bank çarpışması (conflict) oluşur (bank hazır olmadan erişilmek istenmesi). Örnek: 8 banklı bir sistemde, bank erişimi 6 saat çevrimi ise ve adım 10 ise; her 4 erişimde çarpışma oluşur.

Örnek 4 yollu geçişli sistem

Örnek 4 yollu geçişli sistem (dev.)