Bellek bilgisayarı oluşturan 3 ana bileşenden biridir.. İşlemcinin çalıştırdığı programı, lar ve programa ait bilgiler bellek üzerinde saklanır. Bellek geçici bir depolama alanıdır. Bellek üzerindeki bilgiler güç kesildiği anda kaybolurlar. Bu nedenle bilgisayarlarda programları daha uzun süreli ve kalıcı olarak saklamak için farklı birimler mevcuttur.
PowerPC, AIM olarak bilinen Apple-IBM-Motorola ittifakının 1991'de geliştirdiği bir RISC mikroişlemcisidir. Genel olarak kişisel bilgisayarlar içindir. PowerPC merkezi işlem birimleri (CPU) gömülü (embedded) ve yüksek performans işlemcileri olduğu için popüler olmuştur. PowerPC 1990'da AIM' in ve PReP'in temel taşı oldu, fakat mimari Apple'ın Macintosh'unun 1994–2006 modellerinde daha başarılı bulundu.
Boru hattı yöntemi bilgisayar mimarisi ve diğer sayısal ürünlerin tasarımında başarımı artırmak için uygulanan bir yöntemdir. Komutları, boru hattı yöntemi ile işleyip daha kısa süre içinde bitmesini sağlar. Asıl amacı saat sıklığını artırarak başarımı artırmaktır. Farklı kaynakları aynı anda, farklı işler tarafından kullanarak çalışır.
Bilgisayar mimarisi, en küçüğe ve en başarılıya ulaşmayı hedeflerken aynı zamanda maliyeti de göz önünde bulundurduğu için sanat ve bilimin ortak buluştuğu nokta olarak da tanımlanır. Bilgisayar Mimarisi, bilgisayar parçalarının iç yapıları ve aralarındaki haberleşme bağlantıları ile ilgilidir.
- Merkezî işlem biriminin mimarisinin tasarımı
- Komut kümesinin tasarımı.
- Adresleme yöntemlerinin tasarımı.
- Genel donanım mimarileri.
Sanal bellek, fiziksel belleğin görünürdeki miktarını arttırarak uygulama programına (izlence) fiziksel belleğin boyutundan bağımsız ve sürekli bellek alanı sağlayan bilgisayar tekniğidir. Ana belleğin, diskin (ikincil saklama) önbelleği (cache) gibi davranmasıyla; yani disk yüzeyini belleğin bir uzantısıymış gibi kullanmasıyla gerçekleştirilir. Ancak gerçekte, yalnızca o anda ihtiyaç duyulan veri tekerden ana belleğe aktarılıyor olabilir. Günümüzde genel amaçlı bilgisayarların işletim sistemleri çoklu ortam uygulamaları, kelime işlemcileri, tablolama uygulamaları gibi sıradan uygulamalar için sanal bellek yöntemi kullanılmaktadır.
Sayfalama ya da bellek adresleme, durgun sanal bellek sayfalarının ikincil bellekte (teker) saklanarak daha sonra ihtiyaç duyulduğunda ana belleğe yüklenmesi işlemini içerir. Bir diğer anlamı, adres uzayının belli oranlarda bloklara ayrılmasıdır. Sayfalama, bellek mahallerine ulaşımı ve adreslemeyi kolaylaştırır. 6502 mikroişlemcili bir sistemde 65536'lık adres uzayı 256 adet 256 Baytlık hayalı sayfalara ayrılır. Genelde 6502 işlemcili sitemlerde 1. sayfa yığın olarak ayrılırken 0. sayfaya bakış tabloları veya veri blokları yerleştirilir.
Etkin sayfalar ön belleği (ESÖ) (Translation Lookaside Buffer ) sanal bellek kullanan işlemcilerde adres dönüştürme işleminin hızlandırılmasını sağlayan bir tekniktir.
Mikroişlemcilerde kural dışı durumlar, programların çalıştırılması esnasında verilen komutlar neticesinde oluşan hatalardır. Bu hatalar nedeniyle program istenilen şekilde çalışmaz. Hatta işlemcinin kilitlenmesine bile sebep olabilir. Bu tür durumlar normal bir işleyiş olmadığından kural dışı durum oluşturur.
Sayfa hatası sanal bellek tekniğinde başvurulan veri o anda ana bellekte bulunamıyorsa oluşur ve aranan sayfa ana bellekte mevcut değil demektir.
Ana bellekteki tüm sayfalar kullanımdayken sayfa hatası oluşması durumunda, işletim sistemi bir sayfayı değiştirmek üzere seçmelidir. Sayfa hatalarının en aza indirilmesi amaçlandığından çoğu işletim sistemi yakın bir zamanda kullanılmayacağını varsaydığı bir sayfayı seçer. İşletim sistemlerin bu varsayımları geçmiş durum değerlendirmelerine dayanarak gelecek durumun tahmin edilmesine dayanır. Bu tahminlerde kullanılan algoritmaların başında en uzun zamandır kullanılmayanla değiştirme gelir. İşletim sistemi en uzun zamandır kullanılmayan sayfanın daha yakın bir zamanda kullanılan sayfadan daha az gerekli olduğu varsayımı yaparak uzun zamandır kullanılmayan sayfayı istenen sayfayla değiştirmek üzere seçer.
Ana bellekte kullanılan gerçek adres numarası, gerçek adresin üst bölümünü, sayfa eklemesi ise gerçek adresin alt bölümünü oluşturur. Sayfa eklemesindeki bitlerin sayısı sayfanın boyutunu belirler ve değişim göstermez. Sanal adreslerle adreslenebilen sayfa sayısı gerçek adreslerle adreslenen sayfa sayısı ile örtüşmek zorunda değildir; sanal sayfa sayısının gerçek sayfa sayısının üzerinde olması sınırsız boyuttaki bellek izlenimini yaratmada esas alınan noktadır.
MIPS R2000 Adres Dönüştürme Önbelleği, DECStation 3100'de kullanılan MIPS R2000 her ne kadar basit bir uygulamaya sahip olsa da özyapısı günümüz adres dönüştürme belleklerininkine çok benzerdir. Bellek sistemi 4-KB sayfalar ve 32-bitlik adres uzayına sahiptir. Dolayısıyla, sanal sayfa numaraları 20 bit uzunluktadır. Sanal adres ile gerçek adres aynı boyutlara sahiptir. Adres dönüştürme önbelleği (ADÖ) 64 kayıt tutabilir ve tam eşlemelidir. ADÖ buyruk ve veri başvuruları tarafından paylaşılır. Her kayıt 64 bit genişliğindedir ve 20 bitlik etikete sahiptir ki bu etiket kaydın ADÖ' de tutulan sanal sayfa numarasıdır. Sanal sayfa numarasına karşılık gelen gerçek sayfa numarası da 20 bit uzunluğundadır ve geçerli bit, kirli bit gibi sayman bitlerine yer verir.
Sanal bellekte sayfalar, belleği dizinleyen bir tablo kullanılarak yerleştirilirler. Bu yapı “sayfa tablosu ” olarak adlandırılır. Bellekte tutulan sayfa tablosu sanal bellek adresinin numarasına göre dizinlenmiştir ve ona karşılık gelen gerçek sayfa numarasını içerir. Her program, sanal adres uzayını, ana bellekteki bellek uzayına dönüştüren kendine ait bir sayfa tablosuna sahiptir. Sayfa tablosu, ana bellekte mevcut olmayan sayfaların kayıtlarını da tutabilir. Her sayfa tablosunda geçerli bit tutulur. Eğer bu bit mantıksal sıfıra eşit ise sayfa ana bellekte mevcut değil demektir ve “sayfa hatası ” oluşur. Eğer bit mantıksal bire işaret ediyorsa sayfa ana bellekte mevcut ve geçerli bir fiziksel adrese sahip demektir.
Bir sanal bellek sisteminde, bir sonraki sıradüzene tümüne yazmanın (write-through) yaratacağı gecikme çok büyük olduğundan bunu karşılamak bir ara bellekle sağlanamaz. Bunun yerine, geri yazma (write-back) yöntemi kullanılır. Bellekte sadece bir sayfa yenisiyle değiştirildiğinde sadece o sayfa kopyalanır. Burada kullanılan teknik bir alt seviyedeki sıradüzene yazma tekniğine geri kopyalama(copy back) benzerdir.
Bundan önce VMS olarak bilinen, OpenVMS, DEC tarafından geliştirilen VAX ve Alpha sistemleri üzerinde çalışan, üst seviye bir işletim sistemidir. DEC önce Compaq tarafından satın alınmıştır, Compaq ve HP (Hawlett-Packard)'ın birleşmesinden sonra, HP'ye geçmiştir. OpenVMS, en son olarak İntel Itanium işlemcilerinin kullanıldığı HP sistemlerinde kullanılmaktadır.
Bellek hiyerarşisi çeşitli veri depolama birimlerinin veri iletim hızı/işlem gücüne göre hiyerarşik olarak sıralanmasına verilen addır. İşlemcilerin hızı ve işlem gücü arttıkça bilgisayar mimarisini oluşturan veri saklama birimlerinin işlemciyle arasındaki senkron farkı gitgide artmaktadır. Veri depolama birimleri arasındaki bu tür farklılıkların önüne geçmek, işlemcinin döngülerce diğer birimlerin veri işlemesi/iletmesi sırasında beklemesini engellemek için önbellek (cache) adı verilen geçiş birimleri oluşturulmuştur.
Çoklu kullanım özelliğine sahip bilgisayarlar birden fazla iş parçacığını donanım desteği sayesinde çalıştırabilir. Çoklu işlem yapabilen sistemlerden gelişen bu yöntem tek bir çekirdeğin kaynaklarını paylaşmak zorundadır. Bu kaynaklar: aritmetik mantık birimi, yazmaçlar (registers), işlemci ön belleği ve adres dönüştürme ön belleğidir. Çoklu işlem yapabilen sistemlerde, işlem birimlerinin tamamı ayrı çekirdeklerde olmasına rağmen, çoklu kullanım tek bir çekirdeğin kullanılabilirliğini iş-parçacığı seviyesinde ve buyruk düzeyinde daha verimli hale getirir. Bu iki teknik birbirini tamamlayan tekniklerdir.
Önden yürütüm işlemcinin ön bellekte bulamama durumunda boşa harcayacağı çevrimlerin beklemekte olan buyrukların önceden yürütülmesi ile faydalı şekilde kullanılması esasına dayalı bir bilgisayar mimarisi tekniğidir. Bu şekilde önceden yürütülecek olan buyruklar ile gelecekte oluşacak olan önbellekte bulamama durumları tespit edilerek, işlemcinin boşta olan yürütüm kaynakları kullanılarak faydalı buyruk ve veri ön yüklemeleri yapılması sağlanır.
NetBurst, İntel'in 2000 yılında piyasaya sürdüğü Pentium 4 işlemci markasının mikromimarisine verilen isimdir. 2006 Temmuz'unda Core mikromimarisinin çıkışına kadar İntel işlemcilerin mikromimarisi olmuştur. Selefi P6 mikromimarisine göre en önemli özelliği derin boru hattı yapılanmasıyla avantaj sağladığı yüksek saat sıklığıdır. Temel olarak dört ana parçadan oluşmaktadır: Sıralı(ing. In-order) Ön-Uç(ing. Front-end), Sırasız(ing. out-of-order) yürütme birimi, Tam sayı ve kayan nokta yürütme birimleri ve bellek altdizgesi.
Nehalem, İntel firmasının Eylül 2008'de piyasaya sürülen Core i7 işlemcisiyle birlikte kullanılmaya başlanmıştır. 2011'de Sandy Bridge mikromimarisi sunulana kadar İntel'in en gelişmiş mikromimarisi olarak piyasada kalmıştır. Selefi Core mikromimarisine göre paralelliği ve saat frekansını arttırmış, Core mikromimarisinde İntel'in kullanmadığı fakat daha önce NetBurst'de kullanılan Hyper Threading teknolojisi Nehalem ile tekrar kullanılmaya başlamıştır. Nehalem'le birlikte Core mikromimarisinde terkedilmiş olan üçüncü seivye bir önbellek de yonganın içerisine eklenmiştir. İntel, Nehalem ile ilk defa bellek denetim birimini işlemci yongasının içine koymuş ve front-side bus dan ayırmıştır.