TOSHKENT AMALIY FANLAR
UNIVERSITETI
AXBOROT TEXNOLOGIYALARI FAKULTETI
KOMPYUTER INJINIRINGI yo`nalishi
KI 23-01 guruh talabasi Isoqov Samandar
Mavzu: ((UMA), Kesh xotira xususiyatlari yeralash va bo‘lingan
kesh xotira, bir bosqichli va ko‘p bosqichli kesh xotira, tezkor xotira, ko‘p
yadroli va grafik protsessorlarda xotirani tashkillashtirish xususiyatlari
Qabul qildi:
Meliqo’ziyev Rustam
Toshkent shahri 2025 yil
Reja:
1.Kirish
2.Kesh xotira xususiyatlari yeralash va bo‘lingan kesh xotira
3.Bir bosqichli va ko‘p bosqichli kesh xotira
4. Ko‘p yadroli va grafik protsessorlarda xotirani tashkillashtirish
xususiyatlari.
5.Xulosa
6. Foydalanilgan adabiyotlar
1.Kirish
Zamonaviy axborot texnologiyalari jadal sur’atlar bilan rivojlanib borar ekan,
kompyuter tizimlarining unumdorligi va samaradorligini oshirish dolzarb
vazifalardan biri bo‘lib qolmoqda. Markaziy protsessorlarning (CPU) ishlash
tezligining oshishi bilan bir qatorda, xotira tizimining tezligi ham muhim ahamiyat
kasb etadi. Biroq, asosiy xotira (RAM) tezligi protsessorning ishlash tezligidan
sezilarli darajada past bo‘lib, bu ma’lumotlarni qayta ishlash jarayonida
“bottleneck” (tor bo‘g‘in) hosil qiladi. Ushbu muammoni hal etishning samarali
usullaridan biri kesh xotiradan foydalanishdir.
Kesh xotira – bu tezkor xotira bo‘lib, asosiy xotiradan tez-tez ishlatiladigan
ma’lumotlarning nusxalarini saqlash uchun mo‘ljallangan. Protsessor kerakli
ma’lumotga murojaat qilganda, avval kesh xotirada qidiriladi. Agar ma’lumot
keshda mavjud bo‘lsa (keshga urilish), u holda ma’lumotga tezkor kirish
ta’minlanadi. Agar ma’lumot keshda bo‘lmasa (keshni o‘tkazib yuborish), u holda
ma’lumot asosiy xotiradan olinadi va kelgusida tezkor kirishni ta’minlash uchun
keshga joylashtirilishi mumkin.
Kesh
xotiraning
samaradorligi
uning
arxitekturasi,
hajmi,
tezligi,
assotsiativligi va boshqa xususiyatlariga bog‘liq. Zamonaviy kompyuter tizimlarida
kesh xotira iyerarxiyasi qo‘llaniladi, ya’ni bir nechta darajadagi kesh xotiralaridan
foydalaniladi (L1, L2, L3). Har bir daraja o‘ziga xos tezlik, hajm va protsessorga
yaqinlik darajasiga ega.
So‘nggi yillarda ko‘p yadroli protsessorlar va grafik protsessorlarning (GPU)
keng qo‘llanilishi xotirani tashkil etishga yangicha talablar qo‘ymoqda. Ko‘p yadroli
tizimlarda har bir yadro uchun alohida keshlar yoki umumiy bo‘lingan keshlar
qo‘llanilishi mumkin. Grafik protsessorlar esa massiv parallel arxitekturaga ega
bo‘lib, ularda xotirani boshqarishning o‘ziga xos tamoyillari mavjud.
Tadqiqotning maqsadi: Ushbu kurs ishining asosiy maqsadi kesh xotira
tushunchasi, uning xususiyatlari, turlari va ko‘p yadroli hamda grafik
protsessorlarda xotirani tashkil etish tamoyillarini o‘rganishdan iborat.
Tadqiqotning vazifalari:

Kesh xotira tushunchasi va uning asosiy xususiyatlarini aniqlash.

Kesh xotira iyerarxiyasi va bo‘lingan kesh xotira arxitekturasini tahlil

Bir bosqichli va ko‘p bosqichli kesh xotira tizimlarining afzalliklari va
qilish.
kamchiliklarini ko‘rib chiqish.

Ko‘p yadroli va grafik protsessorlarda xotirani tashkil etishning o‘ziga xos
jihatlarini o‘rganish.
Tadqiqotning obyekti: Kesh xotira, ko‘p yadroli va grafik protsessorlar.
Tadqiqotning predmeti: Kesh xotiraning arxitekturasi, ishlash tamoyillari
va ko‘p yadroli hamda grafik protsessorlarda xotirani boshqarish usullari.
Tadqiqotning usullari: Ilmiy adabiyotlarni tahlil qilish, taqqoslash,
umumlashtirish.
Kurs ishining tuzilishi: Kurs ishi kirish, asosiy qism (kesh xotira
xususiyatlari, bir va ko‘p bosqichli kesh, ko‘p yadroli va grafik protsessorlarda
xotirani tashkil etish), xulosa va foydalanilgan adabiyotlar ro‘yxatidan iborat.
Keyingi bo‘limda kesh xotiraning asosiy xususiyatlari, iyerarxiyasi va
bo‘lingan kesh xotira arxitekturasi batafsil ko‘rib chiqiladi.
2. Kesh xotira xususiyatlari yeralash va bo‘lingan kesh xotira
Kesh xotira zamonaviy kompyuter tizimlarining ajralmas qismiga aylanib,
markaziy protsessor (CPU) va asosiy xotira (RAM) o‘rtasida vositachi bo‘lib xizmat
qiladi. Uning asosiy maqsadi tez-tez ishlatiladigan ma’lumotlarga tezkor kirishni
ta’minlash orqali tizim unumdorligini oshirishdir. Kesh xotiraning samaradorligi bir
qator muhim xususiyatlarga bog‘liq.
Kesh xotiraning asosiy xususiyatlari:

Hajmi (Size): Kesh xotirada saqlanishi mumkin bo‘lgan umumiy
ma’lumotlar miqdorini belgilaydi. Hajmi kattaroq kesh ko‘proq ma’lumotlarni
saqlashi mumkin, bu esa keshga urilish ehtimolini oshiradi. Kesh hajmi odatda
kilobayt (KB), megabayt (MB) va ba’zan gigabayt (GB) bilan o‘lchanadi. Turli
darajadagi keshlarning hajmi turlicha bo‘lishi mumkin.

Tezligi (Speed/Latency): Kesh xotiradagi ma’lumotlarga kirish vaqti
uning unumdorligining muhim ko‘rsatkichidir. Tezroq kesh protsessorga
ma’lumotlarni tezroq taqdim etadi, bu esa kutish vaqtini kamaytiradi va umumiy
ishlashni yaxshilaydi. Keshning tezligi odatda nanosekundlarda (ns) o‘lchanadi.
Yuqori darajadagi keshlar (masalan, L1) quyi darajadagi keshlarga (masalan, L3)
nisbatan tezroq bo‘ladi.

Assotsiativligi (Associativity): Ma’lumotlar blokining asosiy xotiradan
keshning qaysi satriga joylashishi mumkinligini belgilaydi. Assotsiativlikning uchta
asosiy turi mavjud:
o
To‘g‘ridan-to‘g‘ri xaritalash (Direct-Mapped): Asosiy xotiraning har
bir bloki keshning faqat bitta aniq satriga joylashishi mumkin. Bu eng oddiy usul
bo‘lib, amalga oshirish oson, ammo to‘qnashuvlar (bir xil kesh satriga murojaat
qilish) ehtimoli yuqori.
o
To‘liq assotsiativ (Fully Associative): Asosiy xotiraning har bir bloki
keshning istalgan bo‘sh satriga joylashishi mumkin. Bu eng moslashuvchan usul
bo‘lib, to‘qnashuvlar ehtimoli eng past, ammo qidiruv vaqti uzoqroq bo‘lishi
mumkin, chunki barcha kesh satrlari tekshirilishi kerak.
o
To‘plamli-assotsiativ (Set-Associative): To‘g‘ridan-to‘g‘ri xaritalash va
to‘liq assotsiativ usullar o‘rtasidagi kompromiss. Kesh satrlari to‘plamlarga
bo‘linadi va asosiy xotiraning bloki ma’lum bir to‘plamning istalgan satriga
joylashishi mumkin. Assotsiativlik darajasi to‘plamdagi satrlar soni bilan
belgilanadi (masalan, 8-yo‘lli assotsiativ kesh).

Blok hajmi (Block/Line Size): Keshda saqlanadigan ma’lumotlarning eng
kichik uzluksiz birligidir. Odatda bir necha o‘nlab baytdan (masalan, 64 bayt) bir
necha
yuz
baytgacha
bo‘lishi
mumkin.
Kattaroq
blok
hajmi
qo‘shni
ma’lumotlarning keshga yuklanishini ta’minlaydi, bu esa ketma-ket murojaatlar
uchun foydali bo‘lishi mumkin (locality of reference). Biroq, juda katta blok hajmi
keraksiz ma’lumotlarning keshga yuklanishiga olib kelishi mumkin.

Almashtirish siyosati (Replacement Policy): Kesh to‘lganda yangi blok
uchun joy bo‘shatish usulini belgilaydi. Eng ko‘p qo‘llaniladigan siyosatlar:
o
LRU (Least Recently Used): Eng oxirgi murojaat qilinmagan blok
o‘chiriladi.
o
FIFO (First-In, First-Out): Eng birinchi keshga yuklangan blok
o‘chiriladi.
o
Random: Tasodifiy blok o‘chiriladi. LRU odatda eng samarali siyosat
hisoblanadi, chunki u yaqin kelajakda yana kerak bo‘lishi mumkin bo‘lgan bloklarni
saqlab qolishga harakat qiladi.

Yozish siyosati (Write Policy): Ma’lumot keshda o‘zgartirilganda asosiy
xotiraga qanday yozilishi kerakligini belgilaydi:
o
Write-Through:
Har
safar
keshdagi
ma’lumot
o‘zgartirilganda,
o‘zgarishlar darhol asosiy xotiraga ham yoziladi. Bu ma’lumotlar koherentligini
ta’minlaydi, ammo xotiraga har safar yozish ishlashni sekinlashtirishi mumkin.
o
Write-Back (Write-Cache):
O‘zgarishlar
faqat
keshdagi
blokda
belgilanadi (“dirty” bit). Blok keshdan chiqarilgandagina o‘zgarishlar asosiy
xotiraga yoziladi. Bu yozish operatsiyalarini kamaytiradi va ishlashni yaxshilaydi,
ammo ma’lumotlar koherentligini ta’minlash uchun qo‘shimcha mexanizmlar talab
etiladi.
Kesh xotira iyerarxiyasi:
Zamonaviy kompyuter tizimlarida unumdorlikni yanada oshirish uchun
ko‘pincha bir nechta darajadagi kesh xotiralaridan foydalaniladi. Bu iyerarxiya
odatda uchta darajani o‘z ichiga oladi: L1 (Level 1), L2 (Level 2) va ba’zan L3
(Level 3).

L1 Keshi: Protsessor yadrosiga eng yaqin joylashgan, eng kichik hajmli va
eng tezkor keshdir. Odatda ma’lumotlar keshi (Data Cache) va ko‘rsatmalar keshi
(Instruction Cache) sifatida ikki qismga bo‘linadi va har bir protsessor yadrosi uchun
alohida bo‘ladi. L1 keshi eng tez-tez ishlatiladigan ma’lumotlar va ko‘rsatmalarga
juda tezkor kirishni ta’minlaydi.

L2 Keshi: L1 kesidan keyingi darajada joylashgan bo‘lib, hajmi L1 kesiga
nisbatan kattaroq va tezligi biroz pastroqdir. L2 keshi ham har bir yadro uchun
alohida bo‘lishi mumkin (ayniqsa, kichikroq yadroli protsessorlarda) yoki bir nechta
yadrolar o‘rtasida bo‘lishilgan bo‘lishi mumkin (ayniqsa, yuqori unumdorlikdagi
protsessorlarda). L2 keshi L1 kesida topilmagan ma’lumotlar uchun ikkinchi tezkor
xotira darajasini ta’minlaydi.

L3 Keshi: Ba’zi yuqori unumdorlikdagi ko‘p yadroli protsessorlarda
mavjud bo‘lib, iyerarxiyadagi eng katta hajmli va nisbatan sekinroq keshdir. L3
keshi odatda barcha protsessor yadrolari o‘rtasida bo‘lishiladi va asosiy xotiraga
murojaat qilishdan oldin oxirgi tezkor xotira darajasi sifatida xizmat qiladi. L3 keshi
yadrolar o‘rtasida ma’lumotlarni samarali almashishga yordam beradi.
Kesh iyerarxiyasining ishlash prinsipi shundan iboratki, protsessor avval eng
tezkor va eng kichik bo‘lgan L1 kesidan kerakli ma’lumotni qidiradi. Agar ma’lumot
topilmasa, u holda L2 kesida qidiriladi, so‘ngra (agar mavjud bo‘lsa) L3 kesida va
nihoyat, asosiy xotirada qidiriladi. Har bir darajadagi kesh o‘zidan yuqori darajadagi
keshda topilmagan ma’lumotlarning nusxalarini saqlaydi.
Bo‘lingan kesh xotira:
Ko‘pgina zamonaviy protsessorlarda L1 keshi ikki qismga bo‘linadi:
ma’lumotlar keshi (Data Cache) va ko‘rsatmalar keshi (Instruction Cache).

Ma’lumotlar keshi (D-Cache): Protsessor tomonidan ishlatiladigan
ma’lumotlarni (o‘zgaruvchilar, massivlar va boshqalar) saqlaydi.

Ko‘rsatmalar keshi (I-Cache): Protsessor tomonidan bajariladigan dastur
ko‘rsatmalarini saqlaydi.
Bo‘lingan keshning afzalliklari quyidagilardan iborat:

Resurslardan samarali foydalanish: Ma’lumotlar va ko‘rsatmalarning
xatti-harakati turlicha bo‘lganligi sababli, ularni alohida keshlarda saqlash har bir
tur uchun keshni optimallashtirish imkonini beradi.

Mojaoralarni kamaytirish: Ma’lumotlar va ko‘rsatmalarga bir vaqtning
o‘zida kirish zarurati bo‘lganda, alohida keshlarning bo‘lishi mojarolarni
kamaytiradi va bir vaqtning o‘zida ma’lumotlar va ko‘rsatmalarni olish imkonini
beradi.
Bo‘lingan keshning kamchiligi esa kesh hajmining har bir tur uchun bo‘linishi
natijasida umumiy kesh hajmining kamayishidir.
Ushbu bo‘limda kesh xotiraning asosiy xususiyatlari, iyerarxiyasi va
bo‘lingan kesh xotira arxitekturasi batafsil ko‘rib chiqildi. Keyingi bo‘limda bir
bosqichli va ko‘p bosqichli kesh xotira tizimlarining o‘ziga xos xususiyatlari va
farqlari tahlil qilinadi.
3. Bir bosqichli va ko‘p bosqichli kesh xotira
Kompyuter arxitekturasining dastlabki davrlarida kesh xotira tizimlari
ko‘pincha bir bosqichli bo‘lgan. Biroq, texnologiyaning rivojlanishi
va
protsessorlarning ishlash tezligining oshishi bilan ko‘p bosqichli kesh xotira
arxitekturasi ustunlik qila boshladi. Ushbu bo‘limda bir bosqichli va ko‘p bosqichli
kesh xotira tizimlarining asosiy xususiyatlari, afzalliklari va kamchiliklari ko‘rib
chiqiladi.
Bir bosqichli kesh xotira (Single-Level Cache):
Bir bosqichli kesh xotira tizimi faqat bitta darajadagi kesh xotiradan
foydalanadi. Protsessor kerakli ma’lumotga murojaat qilganda, avval shu yagona
keshda qidiradi. Agar ma’lumot topilsa, u keshdan olinadi, aks holda asosiy xotiraga
murojaat qilinadi.
Afzalliklari:

Soddalik: Bir bosqichli kesh arxitekturasi dizayn va boshqaruv jihatidan
ko‘p bosqichli tizimlarga nisbatan ancha sodda. Uni loyihalash va amalga oshirish
osonroq.

Potensial past kechikish (latency): Agar keshga urilish yuz bersa,
ma’lumotga kirish vaqti faqat bitta kesh darajasidan o‘tishni talab qiladi, bu esa
potensial ravishda pastroq kechikishga olib kelishi mumkin.
Kamchiliklari:

Keshni o‘tkazib yuborishning yuqori ehtimoli: Faqat bitta darajadagi
keshning cheklangan hajmi tufayli, tez-tez ishlatiladigan ma’lumotlarning
ko‘pchiligi keshga sig‘masligi mumkin. Bu esa keshni o‘tkazib yuborish
holatlarining ko‘payishiga va natijada asosiy xotiraga tez-tez murojaat qilishga olib
keladi.

Asosiy xotira bilan ishlashning sekinligi: Keshni o‘tkazib yuborish
holatlarida protsessor asosiy xotiradan ma’lumot kutishiga to‘g‘ri keladi, bu esa
umumiy ishlashni sezilarli darajada sekinlashtiradi, ayniqsa asosiy xotira kechikishi
yuqori bo‘lsa.

Unumdorlikning cheklanganligi: Protsessor tezligining oshishi bilan bir
bosqichli kesh tizimi protsessorning to‘liq unumdorligini ta’minlay olmaydi, chunki
asosiy xotiraga bo‘lgan tez-tez murojaatlar ishlashni cheklab qo‘yadi.
Ko‘p bosqichli kesh xotira (Multi-Level Cache):
Ko‘p bosqichli kesh xotira tizimi bir nechta darajadagi kesh xotiralaridan
foydalanadi, ular odatda tezlik va hajm bo‘yicha farqlanadi. Eng keng tarqalgan
konfiguratsiya ikki yoki uch darajali kesh iyerarxiyasidir (L1, L2 va ba’zan L3).

L1 Keshi: Protsessor yadrosiga eng yaqin joylashgan, kichik hajmli va juda
tezkor keshdir. Uning maqsadi eng tez-tez ishlatiladigan ma’lumotlar va
ko‘rsatmalarga minimal kechikish bilan kirishni ta’minlashdir. Odatda har bir yadro
uchun alohida bo‘ladi.

L2 Keshi: L1 kesidan keyingi darajada joylashgan bo‘lib, hajmi L1 kesiga
nisbatan kattaroq va tezligi biroz pastroqdir. L2 keshi L1 kesida topilmagan
ma’lumotlar uchun ikkinchi tezkor xotira darajasini ta’minlaydi. U ham har bir
yadro uchun alohida bo‘lishi mumkin yoki bir nechta yadrolar o‘rtasida bo‘lishilgan
bo‘lishi mumkin.

L3 Keshi: Ba’zi yuqori unumdorlikdagi protsessorlarda mavjud bo‘lib,
iyerarxiyadagi eng katta hajmli va nisbatan sekinroq keshdir. L3 keshi odatda barcha
protsessor yadrolari o‘rtasida bo‘lishiladi va asosiy xotiraga murojaat qilishdan oldin
oxirgi tezkor xotira darajasi sifatida xizmat qiladi.
Afzalliklari:

Keshga urilish koeffitsientining oshishi: Bir nechta darajadagi
keshlarning mavjudligi tez-tez ishlatiladigan ma’lumotlarning keshda saqlanish
ehtimolini oshiradi, bu esa keshga urilish koeffitsientini sezilarli darajada
yaxshilaydi.

Asosiy
xotiraga
murojaatlarning
kamayishi:
Keshga
urilish
koeffitsientining oshishi natijasida asosiy xotiraga bo‘lgan murojaatlar soni
kamayadi, bu esa umumiy ishlashni yaxshilaydi va xotira tizimiga bo‘lgan
yuklamani kamaytiradi.

Unumdorlikning oshishi: Ko‘p bosqichli kesh tizimi protsessorning
ishlash tezligiga mos ravishda ma’lumotlarni taqdim etishda yanada samaraliroq
bo‘ladi, bu esa umumiy tizim unumdorligini oshiradi.

Ma’lumotlarning lokalitetidan samarali foydalanish: Ko‘p bosqichli
kesh iyerarxiyasi ma’lumotlarning vaqtinchalik va fazoviy lokalitetidan (bir-biriga
yaqin vaqtda yoki xotiraning yaqin joylarida joylashgan ma’lumotlarga murojaat
qilish tendensiyasi) yanada samarali foydalanish imkonini beradi.
Kamchiliklari:

Murakkablik: Ko‘p bosqichli kesh arxitekturasi dizayn va boshqaruv
jihatidan bir bosqichli tizimlarga nisbatan ancha murakkab. Keshlar o‘rtasida
ma’lumotlar koherentligini ta’minlash kabi qo‘shimcha muammolar mavjud.

Potensial yuqori kechikish (keshni o‘tkazib yuborish holatlarida):
Agar kerakli ma’lumot barcha kesh darajalarida topilmasa, asosiy xotiraga murojaat
qilishdan oldin bir nechta kesh darajalaridan o‘tish vaqti umumiy kechikishni
oshirishi mumkin. Biroq, keshga urilish ehtimolining yuqoriligi bu kamchilikni
kamaytiradi.

Qimmatroq: Ko‘p darajali kesh tizimini amalga oshirish bir darajali
tizimga nisbatan qimmatroq bo‘lishi mumkin, chunki ko‘proq tezkor xotira talab
etiladi.
Xulosa qilib aytganda, zamonaviy kompyuter tizimlarida ko‘p bosqichli kesh
xotira arxitekturasi bir bosqichli tizimlarga nisbatan sezilarli unumdorlik
afzalliklarini taqdim etadi. Keshga urilish koeffitsientining oshishi va asosiy
xotiraga bo‘lgan murojaatlarning kamayishi umumiy ishlashni yaxshilaydi va
protsessorning to‘liq potentsialidan foydalanish imkonini beradi.
Keyingi bo‘limda ko‘p yadroli va grafik protsessorlarda xotirani tashkil
etishning o‘ziga xos xususiyatlari ko‘rib chiqiladi.
Marhamat, kurs ishining to‘rtinchi bo‘limi:
4. Ko‘p yadroli va grafik protsessorlarda xotirani tashkillashtirish
xususiyatlari
Ko‘p yadroli protsessorlar va grafik protsessorlarning (GPU) paydo bo‘lishi
va keng qo‘llanilishi kompyuter tizimlarida xotirani tashkil etishga yangicha talablar
qo‘ymoqda. Ushbu turdagi parallel arxitekturalarning o‘ziga xos xususiyatlari xotira
tizimining dizayni va boshqaruviga sezilarli ta’sir ko‘rsatadi.
Ko‘p yadroli protsessorlarda xotirani tashkil etish:
Ko‘p yadroli protsessorlarda bir nechta mustaqil hisoblash yadrolari bitta
chipda joylashgan bo‘ladi. Har bir yadro o‘zining kesh xotirasiga ega bo‘lishi yoki
yadrolar o‘rtasida bo‘lishilgan kesh xotirasidan foydalanishi mumkin. Ko‘p yadroli
tizimlarda xotirani tashkil etishning asosiy yondashuvlari quyidagilardan iborat:

Har bir yadro uchun alohida kesh (Private Cache): Ushbu arxitekturada
har bir protsessor yadrosi o‘zining alohida L1 va ba’zan L2 keshiga ega bo‘ladi.
o
Afzalliklari:

Kamroq mojarolar: Har bir yadro o‘zining keshiga ega bo‘lganligi
sababli, turli yadrolarning bir xil kesh resurslariga kirish uchun bo‘ladigan
mojarolari kamayadi.

Yaxshi masshtablashuv: Yadrolar soni ortishi bilan har bir yadro o‘zining
keshiga ega bo‘lganligi sababli, umumiy kesh o‘tkazuvchanligi yaxshi
masshtablanadi.

Kesh koherentligini boshqarishning soddaligi: Faqat bitta yadroga
tegishli bo‘lgan keshda koherentlikni ta’minlash bo‘lishilgan keshga nisbatan
osonroq.
o
Kamchiliklari:

Ma’lumotlarni takrorlash: Bir xil ma’lumotlar turli yadrolarning keshlari
da takrorlanishi mumkin, bu esa umumiy kesh hajmidan samarasiz foydalanishga
olib keladi.

Yadrolar o‘rtasida ma’lumot almashishning qiyinligi: Yadrolar
o‘rtasida ma’lumot almashish uchun avval ma’lumot bir yadroning kesidan asosiy
xotiraga yozilishi, so‘ngra boshqa yadroning kesiga yuklanishi kerak, bu esa
kechikishni oshiradi.

Umumiy bo‘lingan kesh (Shared Cache): Ushbu arxitekturada bir nechta
yadrolar bitta yoki bir nechta darajadagi kesh xotirasini (odatda L3) bo‘lishib
foydalanadi.
o
Afzalliklari:

Ma’lumotlarni oson almashish: Yadrolar o‘rtasida ma’lumot almashish
umumiy kesh orqali tezroq amalga oshiriladi.

Umumiy hajmdan samarali foydalanish: Ma’lumotlar takrorlanishi
kamroq bo‘lganligi sababli, umumiy kesh hajmidan yanada samarali foydalaniladi.

Dinamik resurslarni taqsimlash: Kesh hajmi yadrolar o‘rtasida dinamik
ravishda taqsimlanishi mumkin, bu esa ish yuklamasining notekis taqsimlangan
holatlarida afzallik beradi.
o
Kamchiliklari:

Keshga kirish uchun mojarolar: Bir nechta yadroning bir vaqtning o‘zida
umumiy keshga kirishga urinishi mojarolarga olib kelishi mumkin, bu esa ishlashni
sekinlashtiradi.

Kesh koherentligini boshqarishning murakkabligi: Barcha yadrolar
umumiy keshni ko‘rishi sababli, ma’lumotlar koherentligini ta’minlash uchun
murakkabroq protokollar talab etiladi.

Masshtablashuvning cheklanganligi: Yadrolar soni ortishi bilan keshga
bo‘lgan yuklama oshadi va mojarolar ko‘payishi mumkin, bu esa masshtablashuvni
cheklaydi.

Gibrid yondashuv: Zamonaviy ko‘p yadroli protsessorlarda ko‘pincha
gibrid yondashuv qo‘llaniladi, bunda quyi darajadagi keshlar (L1, ba’zan L2) har bir
yadro uchun alohida bo‘ladi, yuqori darajadagi kesh (L3) esa barcha yadrolar
o‘rtasida bo‘lishiladi. Bu yondashuv alohida va umumiy keshlarning afzalliklarini
birlashtirishga harakat qiladi.

NUMA (Non-Uniform Memory Access) arxitekturasi: Ba’zi ko‘p
protsessorli tizimlarda NUMA arxitekturasi qo‘llaniladi. Bunda har bir protsessor
(yadro emas) o‘zining mahalliy xotirasiga ega bo‘ladi, unga kirish tezroq bo‘ladi.
Boshqa protsessorlarning xotirasiga kirish esa sekinroq amalga oshiriladi. Bunday
tizimlarda kesh koherentligini ta’minlash yanada murakkablashadi, chunki turli
xotira domenlaridagi keshlarning holatini kuzatib borish kerak.
Grafik protsessorlarda (GPU) xotirani tashkil etish:
Grafik protsessorlar massiv parallel arxitekturaga ega bo‘lib, yuzlab yoki
minglab kichik, sodda yadrolardan iborat. Ular yuqori o‘tkazuvchanlikka ega
bo‘lgan xotira tizimiga muhtoj. GPUlarda xotirani tashkil etishning o‘ziga xos
xususiyatlari mavjud:

Global xotira (Global Memory): Bu barcha yadrolar uchun umumiy
bo‘lgan katta hajmli, ammo nisbatan sekin xotiradir (odatda GDDR texnologiyasi
asosida). U asosiy xotiraga o‘xshash rol o‘ynaydi va katta hajmdagi ma’lumotlarni
saqlash uchun ishlatiladi. Global xotiraga kirish kechikishi yuqori bo‘lishi mumkin,
shuning uchun uni minimallashtirish muhimdir.

Umumiy xotira (Shared Memory): Bu bir blokdagi (thread block) ish
zarrachalari o‘rtasida bo‘lishilgan, chip ichidagi tezkor xotiradir. U global xotiraga
nisbatan ancha kichikroq hajmli, ammo sezilarli darajada tezroq. Umumiy xotira bir
blokdagi ish zarrachalari o‘rtasida ma’lumotlarni tezkor almashish va qayta ishlatish
uchun ishlatiladi, bu esa ishlashni sezilarli darajada oshirishi mumkin.

Ro‘yxatga olish fayli (Register File): Har bir ish zarrachasi uchun juda
tezkor, lokal xotiradir. Ro‘yxatga olish fayllari ish zarrachasi tomonidan
ishlatiladigan eng tezkor ma’lumotlarni saqlaydi. Ularning hajmi cheklangan
bo‘ladi.

Doimiy xotira (Constant Memory) va Tekstura xotirasi (Texture
Memory): Bular faqat o‘qish uchun mo‘ljallangan, optimallashtirilgan xotira
turlaridir. Doimiy xotira barcha ish zarrachalari tomonidan bir xil bo‘lgan o‘zgarmas
ma’lumotlarni saqlash uchun ishlatiladi. Tekstura xotirasi esa teksturalarni filtrlash
va
interpolatsiya
qilish
uchun
mexanizmlariga ega bo‘lishi mumkin.
optimallashtirilgan
bo‘lib,
maxsus
kesh

Lokal xotira (Local Memory): Ba’zi hollarda har bir ish zarrachasi uchun
alohida, global xotiradan ajratilgan lokal xotira ajratilishi mumkin. Bu, ayniqsa,
ro‘yxatga olish fayllariga sig‘magan lokal ma’lumotlarni saqlash uchun foydali
bo‘lishi mumkin.
GPU xotira iyerarxiyasining samarali ishlashi uchun xotiraga kirish
naqshlarini optimallashtirish juda muhimdir. Qo‘shni ish zarrachalarining bir
vaqtning o‘zida xotiraning ketma-ket joylariga kirishini ta’minlash (coalesced
memory
access)
global
xotira
o‘tkazuvchanligidan
maksimal
darajada
foydalanishga yordam beradi. Shuningdek, umumiy xotiradan oqilona foydalanish
ish zarrachalari o‘rtasida ma’lumot almashishni tezlashtiradi va global xotiraga
bo‘lgan murojaatlarni kamaytiradi.
Xulosa qilib aytganda, ko‘p yadroli protsessorlar va grafik protsessorlar
parallel hisoblash imkoniyatlarini oshirishga qaratilgan bo‘lib, ularning xotira
tizimlari ham ushbu maqsadga mos ravishda tashkil etiladi. Ko‘p yadroli
protsessorlarda kesh iyerarxiyasini boshqarishda yadrolar o‘rtasidagi aloqa va
ma’lumotlar koherentligi muhim rol o‘ynasa, grafik protsessorlarda yuqori
o‘tkazuvchanlikka erishish va xotiraga kirish naqshlarini optimallashtirish asosiy
vazifa hisoblanadi.
Kurs ishining yakuniy qismida o‘rganilgan asosiy masalalar umumlashtiriladi
va xulosa qilinadi.
5. Xulosa
Ushbu kurs ishida zamonaviy kompyuter tizimlarining muhim tarkibiy qismi
bo‘lgan kesh xotira tushunchasi, uning asosiy xususiyatlari va turlari batafsil ko‘rib
chiqildi. Kesh xotira markaziy protsessor (CPU) va asosiy xotira (RAM) o‘rtasida
tezkor bufer vazifasini bajarib, tez-tez ishlatiladigan ma’lumotlarga tezkor kirishni
ta’minlash orqali tizim unumdorligini sezilarli darajada oshiradi.
Ish jarayonida kesh xotiraning hajmi, tezligi, assotsiativligi, blok hajmi,
almashtirish va yozish siyosatlari kabi asosiy xususiyatlari tahlil qilindi. Ushbu
xususiyatlar keshning samaradorligiga bevosita ta’sir ko‘rsatadi va tizim
arxitektorlari
tomonidan
optimal
ishlashga erishish
uchun
diqqat
bilan
loyihalashtiriladi.
Kurs ishida, shuningdek, kesh xotira iyerarxiyasi – bir nechta darajadagi (L1,
L2, L3) kesh xotiralarining qo‘llanilishi o‘rganildi. Ko‘p bosqichli kesh tizimlari bir
bosqichli tizimlarga nisbatan keshga urilish koeffitsientini oshirish va asosiy
xotiraga bo‘lgan murojaatlarni kamaytirish orqali sezilarli unumdorlik afzalliklarini
taqdim etishi ko‘rsatib o‘tildi. Bo‘lingan kesh arxitekturasi (ma’lumotlar va
ko‘rsatmalar uchun alohida keshlar) esa resurslardan samarali foydalanish va
mojarolarni kamaytirish imkonini beradi.
So‘nggi yillarda ko‘p yadroli protsessorlar va grafik protsessorlarning (GPU)
keng tarqalishi xotirani tashkil etishga yangicha yondashuvlarni talab qilmoqda.
Ko‘p yadroli tizimlarda har bir yadro uchun alohida keshlar, umumiy bo‘lingan
keshlar yoki gibrid yondashuvlar qo‘llanilishi mumkin. Har bir yondashuv o‘zining
afzalliklari va kamchiliklariga ega bo‘lib, tizimning maqsadiga va ish yuklamasiga
qarab tanlanadi. NUMA arxitekturasi kabi murakkab tizimlarda esa kesh
koherentligini ta’minlash alohida ahamiyat kasb etadi.
Grafik protsessorlar massiv parallel arxitekturaga ega bo‘lib, ularda xotira
iyerarxiyasi yuqori o‘tkazuvchanlikka erishishga qaratilgan. Global xotira, umumiy
xotira, ro‘yxatga olish fayllari va maxsus xotira turlari (doimiy va tekstura xotirasi)
GPUning hisoblash imkoniyatlarini maksimal darajada oshirish uchun o‘ziga xos
tarzda tashkil etiladi. Xotiraga kirish naqshlarini optimallashtirish GPU
unumdorligini ta’minlashda muhim rol o‘ynaydi.
Xulosa qilib aytganda, kesh xotira zamonaviy kompyuter tizimlarining ishlash
tezligini oshirishda hal qiluvchi ahamiyatga ega. Ko‘p yadroli va grafik
protsessorlarning rivojlanishi bilan xotirani tashkil etish sohasida doimiy izlanishlar
olib borilmoqda va yangi arxitekturalar yaratilmoqda. Kelajakda kesh xotira
texnologiyalari yanada takomillashib, kompyuter tizimlarining unumdorligi va
energiya samaradorligini oshirishga xizmat qilishi kutilmoqda.
Kurs ishi doirasida o‘rganilgan materiallar kesh xotiraning zamonaviy
kompyuter arxitekturasidagi o‘rni va ahamiyatini tushunish uchun asos bo‘lib
xizmat qiladi.
Keyingi bo‘limda ushbu kurs ishini tayyorlashda foydalanilgan adabiyotlar
ro‘yxati keltiriladi.
6. Foydalanilgan adabiyotlar
Ushbu kurs ishini tayyorlash jarayonida quyidagi adabiyotlar va internet
manbalaridan foydalanildi:
1. [Muallif Familiyasi, Ismi.] (Yil). Kitob nomi. Nashriyot.
2. [Muallif Familiyasi, Ismi.] (Yil). Maqola nomi. Jurnal nomi, jild(raqam),
sahifalar.
3. [Muallif Familiyasi, Ismi.] (Yil, Oy). Maqola nomi. Internet manbasi
nomi. [Havolaning to‘liq manzili] (Kirilgan sana: kun.oy.yil).
4. Tanenbaum, A. S. (2016). Computer Architecture. Pearson Education.
5. Hennessy, J. L., & Patterson, D. A. (2017). Computer Architecture: A
Quantitative Approach. Morgan Kaufmann.
6. CUDA
C
Programming
Guide.
NVIDIA
[https://docs.nvidia.com/cuda/cuda-c-programming-guide/index.html]
Corporation.
(Kirilgan
sana: 05.05.2025).
7. Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual. Intel
Corporation.
[https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/technical/intelsdm.html] (Kirilgan sana: 05.05.2025).
8. [Boshqa foydalanilgan ilmiy maqolalar, kitoblar va manbalar ro‘yxati
alifbo tartibida keltiriladi.]