CPU önbelleği tam olarak nedir, İşlemci Önbelleği nasıl çalışır, Neden L1, L2 ve L3 önbellekleri var? İşte bilmeniz gerekenler ve önbelleklerin nasıl çalıştıkları.
Bir bilgisayar işlemcisinin özelliklerine göz attığınızda önbellek hakkında bir şeyler duymuş olabilirsiniz. Normalde, önbelleğe pek dikkat etmeyiz. Ancak CPU önbelleği ne kadar önemlidir ve nasıl çalışır?
Basitçe söylemek gerekirse, önbellek yalnızca çok hızlı bir depolama belleği türüdür. Biliyorsunuz, bilgisayarda birden çok depolama türü vardır. İşletim sistemi ve içindeki tüm programlar gibi verilerin büyük bölümünü depolayan HDD veya SSD diskler gibi temel ve kalıcı depolama aygıtları vardır.
Ayrıca, RAM olarak bilinen, temel depolama disklerinden çok daha hızlı olan ve verileri kalıcı yerine geçici olarak içinde depolayan ram istiyor.
Son olarak, İşlemci Önbelleği (CPU önbellek) adı verilen daha hızlı ve daha hızlı bellek birimlerine sahiptir.
İşlemci Önbelleği Nedir?
“CPU önbelleği” olarak da adlandırılan İşlemci Önbelleği, ana bellek ile işlemci arasında köprü oluşturan bir bellek bankasıdır.
Ana bellek için kullanılan dinamik RAM’den (DRAM) daha hızlı statik RAM (SRAM) yongaları içeren önbellek, talimatların yürütülmesine ve verilerin daha yüksek hızda okunmasına ve yazılmasına olanak tanır. Talimatlar ve veriler, önbellek “çizgileri” olarak bilinen sabit bloklarda ana bellekten önbelleğe bir ileriye bakma algoritması kullanılarak aktarılır.
Bilgisayar belleği, çalışma hızına dayalı bir hiyerarşiye sahiptir. İşlemci Önbelleği bu hiyerarşinin en üstünde yer alır ve en hızlısıdır.
İşlemci Önbellek Düzeyleri
L1 Önbelleği
L1 (Seviye 1) önbellek, bir bilgisayar sisteminde bulunan en hızlı bellektir. Erişim önceliği açısından, L1 önbelleği, CPU’nun belirli bir görevi tamamlarken ihtiyaç duyacağı verilere sahiptir.
Bu küçük önbelleğin, hem talimat önbelleğine hem de veri önbelleğine sahip olan ikili bir amacı vardır. Talimat önbelleği, CPU’nun gerçekleştirmesi gereken işlemlerle ilgilenir ve veri önbelleği, işlemin yapılması gereken bilgileri tutar.
L1 önbelleğinin boyutu CPU’ya bağlıdır. Intel i9-9980XE gibi bazı üst düzey tüketici CPU’ları artık 1 MB L1 önbelleğe sahiptir, ancak bunlar çok büyük miktarda paraya mal olur ve hala çok az bulunur. Intel’in Xeon serisi gibi bazı sunucu yonga setlerinde ayrıca 1-2MB L1 bellek önbelleği bulunur.
“Standart” bir L1 önbellek boyutu yoktur, bu nedenle satın almadan önce tam L1 önbellek boyutunu belirlemek için CPU özelliklerini kontrol etmelisiniz.
L1 önbelleği genellikle iki bölüme ayrılır: talimat önbelleği ve veri önbelleği. Talimat önbelleği, CPU’nun gerçekleştirmesi gereken işlemle ilgili bilgilerle ilgilenirken, veri önbelleği, işlemin gerçekleştirileceği verileri tutar.
L2 Önbelleği
L2 (Seviye 2) önbelleği, L1 önbelleğinden daha yavaştır ancak boyut olarak daha büyüktür. Bir L1 önbelleğinin kilobayt cinsinden ölçülebildiği durumlarda, modern L2 bellek önbellekleri megabayt cinsinden ölçülür. Örneğin, AMD’nin yüksek puan alan Ryzen 5 5600X‘inde 384KB L1 önbellek ve 3MB L2 önbellek (artı 32MB L3 önbellek) bulunur.
L2 önbellek boyutu CPU’ya bağlı olarak değişir, ancak boyutu genellikle 256KB ile 32MB arasındadır. Modern CPU’ların çoğu 256KB L2 önbelleği paketler ve bu boyut artık küçük kabul edilir. Ayrıca, en güçlü modern CPU’lardan bazıları, 8 MB’ı büyük ölçüde aşan daha büyük bir L2 bellek önbelleğine sahiptir.
Hız söz konusu olduğunda, L2 önbelleği L1 önbelleğinin gerisinde kalır ancak yine de sistem RAM’inizden çok daha hızlıdır. L1 bellek önbelleği tipik olarak RAM’inizden 100 kat daha hızlıdır, L2 önbelleği ise yaklaşık 25 kat daha hızlıdır.
L3 Önbellek
L3 (Seviye 3) önbelleğine. İlk günlerde, L3 bellek önbelleği aslında anakartta bulundu. Bu çok uzun zaman önceydi, çoğu CPU’nun sadece tek çekirdekli işlemciler olduğu zamanlar. Artık CPU’nuzdaki L3 önbellek, 32 MB’a kadar L3 önbelleklere sahip üst düzey tüketici CPU’ları ile çok büyük olabilirken, AMD’nin devrim niteliğindeki Ryzen 7 5800X3D CPU’ları 96MB L3 önbelleğe sahiptir. Bazı sunucu CPU L3 önbellekleri, 128 MB’a kadar olan kapasiteyle bunu aşabilir.
L3 önbelleği en büyük ama aynı zamanda en yavaş önbellek birimidir. Modern CPU’lar, CPU’nun kendisinde L3 önbelleğini içerir. Ancak çipin kendisindeki her çekirdek için L1 ve L2 önbelleği bulunurken, L3 önbelleği daha çok tüm yonganın kullanabileceği genel bir bellek havuzuna benzer.
İşlemci Önbelleği hakkında bilgilendirmeye devam edelim.
İşlemci Önbelleği Nasıl Çalışır?
Bilgisayarınızda bir program başladığında, veriler RAM’den L3 önbelleğine, ardından L2’ye ve son olarak da L1’e akar. Program çalışırken CPU, L1 önbelleğinden başlayarak ve oradan geriye doğru çalışarak çalışması için ihtiyaç duyduğu bilgileri arar. CPU gerekli bilgileri bulursa buna önbellek isabeti denir. İhtiyaç duyduğu bilgiyi bulamazsa, bu bir önbellek kaybıdır ve bilgisayar ihtiyaç duyduğu bilgiyi bulmak için başka bir yere bakmak zorundadır.
Gecikme, bir bilgisayarın verimliliğinde önemli bir faktördür. Gecikme, bir bilgi parçasının alınması için gereken süredir. L1 önbelleği en hızlıdır ve bu nedenle en düşük gecikmeye sahiptir. Bir önbellek hatası oluştuğunda, bilgisayarın ihtiyaç duyduğu bilgileri bulmak için farklı önbelleklerde aramaya devam etmesi gerektiğinden gecikme artar.
Daha yeni bilgisayarların çok daha küçük bir CPU transistör boyutu vardır, bu da önbelleği doğrudan üzerine yerleştirmek için daha fazla alana sahip bir kart oluşturmayı mümkün kılar. Önbelleği fiziksel olarak CPU’ya yaklaştırmak gecikmeyi azaltır.
Bilgisayarda İşlemci Önbellek Boyutu Nasıl Öğrenilir?
Bir Windows makineniz varsa, önbellek boyutunu ölçmenin bir yolu Görev Yöneticisi’ni kullanmaktır.
- Görev Yöneticisi’ni açmak için Ctrl+Shift+Esc tuşlarına basın.
- Performans sekmesine tıklayın.
- Sol bölmeden CPU üzerine tıkladığınızda sağ kısımda L1, L2 ve L3 Önbellek boyutlarını göreceksiniz.
Burada L1 önbelleğinin 128 KB, L2 önbelleğinin 512 KB ve L3 önbelleğinin 3 MB olduğunu görebilirsiniz.
Önbellek Bilgisayarın Performansını Nasıl Etkiler?
Önbellek, bilgisayar tarafından sıklıkla kullanılan verileri depolamak için kullanılan bir bellek türüdür. Bu verilere sıklıkla erişilir ve işlemciye yakın bir yerde saklanır. Önbellek, verileri içererek ve gerektiğinde işlemciye sağlayarak bilgisayarın hızını artırmaya yardımcı olur.
Bu, depolama cihazında veri arama ihtiyacını azaltır. Önbellekte saklanan veriler mümkün olduğunca sık güncellenir. Önbellek, bilgisayarın performansını artırarak, görevler için harcanan süreyi azaltmaya yardımcı olabilir.
Bu, bilgisayar sisteminin genel performansını iyileştirmeye yardımcı olabilir. Bu nedenle, bir dizüstü bilgisayar veya bilgisayar satın almak istediğinizde, daha fazla RAM/ana bellek talep edersiniz çünkü daha fazla RAM, çalışan işlem veya uygulamalarınızın hızını artıracaktır. Bilgisayarda daha fazla uygulama yürütülebildiğinden, bildiğimiz gibi uygulamalar yürütülecekleri zaman RAM’e yüklenir.
Son olarak İşlemci Önbelleği ne kadar olmalı konusunu açığa kavuşturalım.
Ne Kadar İşlemci Önbelleğe İhtiyacım Var?
Bu cevap vermek zor bir sorudur.
İşlemciler için önbelleklerin tek amacı, sık kullanılan verileri arabelleğe alarak bellek erişimini azaltmaktır. Günümüzde ana bellek kapasiteleri 512 MB ile 4 GB arasında iken, işlemci modellerine göre önbellek boyutları 256 kB ile 8 MB aralığındadır.
Bazı insanlar sadece internette geziniyorsanız yaklaşık 1 MB önbelleğe ihtiyacınız olduğunu söylerken, diğerleri 8 MB’ın fazlasıyla yeterli olduğunu söylüyor. Bu gerçekten çoğu zaman bilgisayarınızla ne yaptığınıza bağlıdır. Eğer bir oyuncuysanız, önbelleği en az 12 MB’a çıkarmak isteyebilirsiniz.
Yeni çıkan işlemcilerin küçük L2 önbellekleri vardır, ancak bu, program işleme konusunda yavaş oldukları anlamına gelmez. İşlemci çekirdekleri daha küçüktür, ancak çok daha fazlası vardır. Bu, işlemcinin bir seferde daha fazla bilgiyi işleyebileceği anlamına gelir.
Akılda tutulması gereken başka bir şey de, yeni bir işlemciniz var diye önbelleği artırmak zorunda değilsiniz, ancak artırırsanız, bilgisayarınız aynı anda daha fazla programı işleyebilir.
İşlemci Önbelleği Hakkında Sık Sorulan Sorular
Tüm İşlemcilerde önbellek bulunur mu?
Bazı çok eski modeller dışında, tüm CPU’larda bir tür önbellek bulunur. Önbellek, sık erişilen verileri ve yönergeleri depolayarak performansı artırmaya yardımcı olduğundan, modern CPU’lar için çok önemlidir.
RAM ve Önbellek arasındaki fark nedir?
RAM, rastgele erişilebilen bir tür bilgisayar belleğidir, yani herhangi bir veri parçası herhangi bir sırayla saklanabilir veya alınabilir. Önbellek, sık erişilen verileri hızlı bir şekilde alınabilmesi için depolamak için kullanılan bir RAM türüdür. Önbellek, RAM’den daha hızlıdır, ancak aynı zamanda daha pahalıdır.
L1,L2 ve L3 önbellekler arasındaki fark nedir?
L1 önbellek, en hızlı ve CPU’ya en yakın olanıdır. L2 önbellek, L1’den daha yavaştır, ancak yine de ana belleğe erişimden daha hızlıdır. L3 önbellek en yavaş olanıdır ancak en fazla kapasiteye sahiptir.
Bir CPU, önbelleğindeki verilere nasıl erişir?
CPU, bir önbellek tutarlılık protokolü kullanarak önbellekteki verilere erişir. Bu protokol, önbellekteki tüm verilerin geçerli ve güncel olmasını sağlar.
RAM yerine önbellek kullanmanın bazı avantajları nelerdir?
Önbellek, RAM’den daha hızlıdır ve ayrıca boyut olarak daha küçüktür. Bu, hem hız hem de alan açısından daha verimli olmasını sağlar. Ek olarak, önbellek RAM’den daha güvenilirdir, yani veri kaybı veya bozulması yaşama olasılığı daha düşüktür.
Önbellek boyutu performansı artırır mı azaltır mı?
Önbellek boyutunun performans üzerinde hem olumlu hem de olumsuz etkileri olabilir. Daha büyük bir önbellek boyutu, işlemcinin sık kullanılan verilere daha hızlı erişmesini sağlayarak performansı artırabilir. Ancak daha büyük bir önbellek boyutu, başka amaçlar için kullanılabilecek değerli kaynakları tüketerek performansı da düşürebilir.