ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
480
ZAMONAVIY KOMPYUTERLARNING KESH HOTIRASI VA UNING TASHKIL
ETILISHI
Matqurbonov Jamoladdin Umidjon o’g’li
Ergashov Zoirjon Toir o’g’li
Alisherov Qudrat Shuhratjon o’g’li
Muhammad al Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalar universiteti talabalari.
https://doi.org/10.5281/zenodo.14216474
Annotatsiya.
Ushbu maqolada zamonaviy kompyuterlarning kesh hotirasi va uning tashkil
etilishi haqida keng qamrovli tahlil keltirilgan. Kompyuter arxitekturasi, kesh hotirasining
vazifasi, turlari, va uning ishlash prinsiplari batafsil ko‘rib chiqilgan. Shuningdek, kesh
hotirasining ishlash tezligini oshirish va umumiy kompyuter tizimining samaradorligini
ta’minlashdagi ahamiyati o‘rganilgan. Maqolada kesh hotirasi texnologiyalarining evolyutsiyasi
va zamonaviy kompyuterlarda qo‘llanilishi, shuningdek, uning dasturiy ta’minot va apparat
tizimlari bilan aloqasi haqida ham ma’lumotlar taqdim etiladi. Maqola kompyuter
texnologiyalariga qiziqqan talaba, ilmiy xodimlar va mutaxassislar uchun foydali bo‘lishi
mumkin.
Kalit so‘zlar
: Kesh hotirasi, kompyuter arxitekturasi, tezkor xotira, CPU, ma'lumotlar
almashinuvi, kesh yadro, keshni optimallashtirish.
CACHE MEMORY OF MODERN COMPUTERS AND ITS ORGANIZATION
Abstract.
This article provides a comprehensive analysis of the cache memory of modern
computers and its organization. Computer architecture, function, types of cache memory, and
principles of its operation are considered in detail. Also, the importance of the cache memory in
increasing the speed of operation and ensuring the efficiency of the general computer system is
studied. The article also provides information on the evolution of cache memory technology and
its use in modern computers, as well as its relationship to software and hardware systems. The
article can be useful for students, researchers and specialists interested in computer technologies.
Key words:
Cache memory, computer architecture, fast memory, CPU, data exchange,
cache kernel, cache optimization.
КЭШ-ПАМЯТЬ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ И ЕЕ ОРГАНИЗАЦИЯ.
Аннотация.
В данной статье представлен комплексный анализ кэш-памяти
современных компьютеров и ее организации. Подробно рассмотрены архитектура
компьютера, назначение, типы кэш-памяти и принципы ее работы. Также изучено
значение кэш-памяти в повышении скорости работы и обеспечении эффективности
общей компьютерной системы. Также в статье представлена информация об эволюции
технологии кэш-памяти и ее использовании в современных компьютерах, а также ее связи
с программными и аппаратными системами. Статья может быть полезна студентам,
исследователям и специалистам, интересующимся компьютерными технологиями.
Ключевые слова:
Кэш-память, архитектура компьютера, быстрая память, ЦП,
обмен данными, ядро кэша, оптимизация кэша.
Kirish:
Zamonaviy kompyuter tizimlarida kesh hotirasi markaziy hisoblash blokining
samarali ishlashida muhim rol o'ynaydi.
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
481
Kompyuterlarning ishlash tezligi ko'plab omillarga bog'liq bo'lib, ularning orasida xotira
tezligi alohida ahamiyatga ega. Kesh hotirasi, ya'ni CPU bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqada bo'lgan
tezkor xotira, markaziy protsessor (CPU) va asosiy xotira (RAM) o'rtasidagi ma'lumotlar
almashinuvini tezlashtirish uchun mo'ljallangan. Kompyuter tizimi ishlashining samaradorligini
oshirish uchun kesh hotirasining tashkil etilishi va uning turli qatlamlarining roli muhimdir.
Maqolada kesh hotirasining mohiyati, turlari, ishlash prinsiplari, hamda zamonaviy
kompyuter tizimlarida uning optimallashuvi haqidagi masalalar ko'rib chiqiladi.
Asosiy qism:
1. Kesh hotirasining tushunchasi
Kesh hotirasi kompyuter tizimlarida ma'lumotlarni tezda saqlash va qayta ishlash uchun
mo‘ljallangan yuqori tezlikda ishlov beruvchi xotira turidir. Kesh hotirasi CPUga yaqin bo‘lgan
va tizimning asosiy xotirasidan tezroq ishlov beruvchi xotira bo'lib, CPU va RAM o'rtasidagi
ma'lumotlarni almashinuvni tezlashtiradi. Kesh hotirasi, asosan, tez-tez ishlatiladigan ma'lumotlar
va instruktsiyalarni saqlash uchun ishlatiladi, shu bilan birga, kompyuterning umumiy ishlash
tezligini oshirishga xizmat qiladi.
2. Kesh hotirasining turlari va tashkil etilishi
Kesh hotirasi odatda uch xil qatlamga bo'linadi:
L1 kesh
(Level 1 Cache): Bu eng tezkor va eng kichik kesh turidir. L1 kesh to'g'ridan-
to'g'ri CPU yadrosiga integratsiyalashgan va dastlabki darajadagi ma'lumotlar va instruktsiyalarni
saqlaydi.
L2 kesh
(Level 2 Cache): L2 kesh, odatda, L1 keshga nisbatan kattaroq bo‘lib, CPU
yadrosidan biroz uzoqroq joylashadi. Bu kesh turida L1da bo‘lmagan, lekin tez-tez
foydalaniladigan ma'lumotlar saqlanadi.
L3 kesh
(Level 3 Cache): L3 kesh katta hajmdagi va sekinroq ishlov beruvchi xotira bo‘lib,
ko‘p yadroli protsessorlar uchun umumiy kesh sifatida xizmat qiladi. U CPUning barcha yadrolari
uchun umumiy bo‘ladi.
1. Kesh hotirasining turlari
Kesh hotirasi turli xususiyatlarga ega bo‘lib, quyidagi asosiy turlarni o‘z ichiga oladi:
a. Sensory Memory (Sensor xotira)
Sensor xotira, ya'ni sezgi hotirasi, atrof-muhitdan kelayotgan barcha ma'lumotlarni (ko‘rish,
eshitish, hidlash, ta'mni sezish va boshqalar) juda qisqa muddatda, faqat bir necha millisekund
yoki soniya davomida saqlaydi.
Masalan, biron bir tasvirni ko‘rganda, siz ko‘rgan narsaning xotirasi qisqa vaqtga saqlanadi.
Shu tarzda, ko‘rish xotirasi (ikonik xotira) va eshitish xotirasi (ekhoik xotira) mavjud.
Ikonik xotira
— bu ko‘rgan tasvirlarning juda qisqa muddatda saqlanishi.
Ekhoik xotira
— bu eshitgan tovushlarning saqlanishi.
b. Short-Term Memory (Qisqa muddatli xotira)
Qisqa muddatli xotira yoki kesh hotirasi, odamning bir necha daqiqa davomida ishlatadigan
ma'lumotlarini saqlaydi. Bu xotira odatda 7 ± 2 ta elementni o‘zida ushlab turishi mumkin (bu
"Miller’s Law" deb ataladi).
Misol uchun, telefon raqamini yoki manzilni eslab qolish, lekin uzoq vaqt davomida saqlab
qolmasdan.
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
482
Qisqa muddatli xotiradagi ma'lumotlar ko‘pincha faol ishlov beriladi yoki doimiy xotiraga
o‘tkaziladi, aks holda u tezda unutiladi.
c. Working Memory (Ishlash xotirasi)
Ishlash xotirasi, qisqa muddatli xotiradan farq qiladi, chunki u faqat ma'lumotlarni saqlab
qolib, ular bilan ishlash imkonini beradi.
Bu xotira odamga o‘ylash, muammoni hal qilish va qaror qabul qilishda yordam beradi.
Ishlash xotirasi, ko‘pincha uchta asosiy tizimni o‘z ichiga oladi:
1.
Vizuospatial sketchpad
— tasviriy va makon ma'lumotlarini saqlash va ishlov berish.
2.
Phonological loop
— eshitish orqali ma'lumotlarni saqlash (masalan, so‘zlarni eslab
qolish).
3.
Central executive
— barcha tizimlarni boshqarish va muammolarni hal qilish.
d. Long-Term Memory (Uzun muddatli xotira)
Bu xotira turi ma'lumotlarni uzoq muddatga saqlashga mo‘ljallangan va keng ko‘lamdagi
ma'lumotlarni qamrab oladi.
Uzun muddatli xotiradagi ma'lumotlar odamning hayoti davomida saqlanishi mumkin. Bu
turdagi xotira sezgir (semantic memory), tasviriy (episodic memory) va protseduralar (procedural
memory) kabi turli turlarni o‘z ichiga oladi.
2. Kesh hotirasi qanday tashkil etiladi?
Kesh hotirasi quyidagi bosqichlar orqali tashkil etiladi:
a. Qabul qilish (Encoding)
Ma'lumotlar sensor tizimlar orqali qabul qilinadi, ya'ni ko‘rish, eshitish, hidlash va boshqa
sezgi organlari orqali. Bu ma'lumotlar sensor xotiraga o‘tadi.
b. Saqlash (Storage)
Qisqa muddatli yoki ishlash xotirasida saqlanadi. Bu jarayonda ma'lumotlar vaqtincha
saqlanadi, lekin juda qisqa muddat ichida o‘zgarishi yoki yo‘qolishi mumkin.
Qisqa muddatli xotiradan uzoq muddatli xotiraga o'tish uchun, ma'lumotlarni faol ravishda
qayta ishlash, takrorlash va tasavvur qilish zarur.
c. Chiqish (Retrieval)
Saqlangan ma'lumotlar kerak bo‘lganida yodga olinadi yoki ishlatiladi. Chiqish jarayoni,
qayta ishlash va qo‘llanish uchun kerakli xotiralarni faollashtiradi.
3. Kesh hotirasining xususiyatlari
Cheklangan hajm
: Qisqa muddatli xotira yoki kesh hotirasi, ma'lumotni juda qisqa muddat
davomida saqlashga qodir, ammo cheklangan hajmda.
Tezda o‘zgargan
: Bu turdagi xotira, o‘zgarmas va doimiy saqlanadigan xotiraga qaraganda,
tez-tez o‘zgaradi.
Boshqarish imkoniyati
: Kesh hotirasi ko‘pincha tasodifiy va faol ishlov berishni talab
qiladi. Masalan, yangi ma'lumotlarni saqlash yoki biror vazifani bajarish uchun ishlatiladi.
3. Kesh hotirasining ishlash prinsipi
Kesh hotirasi qanday ishlaydi? U quyidagi jarayonlar orqali ma'lumotni saqlash, qayta
ishlash va boshqarishni amalga oshiradi:
a. Qabul qilish (Encoding)
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
483
Ma'lumot kesh hotirasiga kirishdan oldin, sensor tizimlar orqali qabul qilinadi. Masalan,
ko‘rish va eshitish orqali olinadigan ma'lumotlar sensory memory-ga o‘tadi, keyin qisqa muddatli
xotiraga (kesh) kiradi.
Qabul qilish jarayoni, ma'lumotning qanday saqlanishi va ishlashini belgilaydi. Agar
ma'lumotni qayta ishlash, takrorlash yoki tasavvur qilish jarayoni mavjud bo‘lsa, u uzoq muddatli
xotiraga o‘tkazilishi mumkin.
b. Qayta ishlash (Rehearsal and Processing)
Qisqa muddatli xotira yoki kesh hotirasidagi ma'lumotlar biror muammo yoki vazifa bilan
ishlashda qayta ishlanadi. Bunday ishlov berish jarayoni ma'lumotlarni saqlash va ishlatish uchun
zarur.
Misol uchun, telefon raqamini yoki yangi o‘rganilgan so‘zni yodlab qolish uchun takrorlash
ishlov berishning oddiy bir shakli hisoblanadi. Bu jarayon fonologik halqa yoki vizuospatial
sketchpad orqali amalga oshiriladi.
c. Boshqarish (Central Executive Control)
Kesh hotirasi markaziy boshqaruvchi tomonidan boshqariladi, bu tizim ma'lumotlarni turli
qismlardan yig‘ib, ular orasidagi muvofiqlikni o‘rnatadi.
Markaziy boshqaruvchi, masalan, turli xil va bir-biriga qarama-qarshi bo‘lgan ma'lumotlarni
tahlil qilish va ulardan foydalanish uchun qaror qabul qiladi. Boshqaruvchi tizimning samarali
ishlashi, e'tiborni, xotirani va boshqaruvni talab qiladigan vazifalarni bajarishga yordam beradi.
d. Chiqish (Retrieval)
Ma'lumot kesh hotirasida saqlangach, kerakli ma'lumotlar chaqirilib (retrieved)
foydalaniladi. Bu jarayonda ma'lumot yodga olinadi va ishlatiladi.
Agar ma'lumot uzoq muddatli xotiraga o‘tkazilsa, bu jarayonning keyingi bosqichi ham
shundan iborat bo‘ladi: ma'lumotni uzoq muddatli xotiradan olish va kesh hotiraga qaytarish.
3. Kesh hotirasining xususiyatlari
Tezkor ishlash
: Kesh hotirasi tezkor ishlashga mo‘ljallangan. Bu tezda qaror qabul qilish,
ma'lumotlarni qayta ishlash va muammolarni hal qilish uchun zarur.
Cheklangan hajm
: Kesh hotirasi faqat bir nechta elementni saqlay oladi (odatda 7 ± 2 ta
element). Bu xususiyat ma'lumotni faqat qisqa muddatga saqlash imkonini beradi.
Funktsional yodlash
: Kesh hotirasi faqat ma'lumotni saqlash bilan cheklanmaydi, balki
uni qayta ishlash, yangi ma'lumotlar bilan integratsiya qilish, takrorlash va takomillashtirishni ham
amalga oshiradi.
4. Keshni optimallashtirish
Kesh hotirasini samarali ishlatish uchun turli usullar qo‘llaniladi:
Prefetching
: Bu texnika yordamida keshga oldindan ma'lumotlar yuklanadi, shunda ular
zarur bo‘lganda tezda ishlov berilishi mumkin.
Replacement Algorithms
: Keshda joy bo‘shatish uchun turli algoritmlar mavjud,
masalan, LRU (Least Recently Used) va FIFO (First In, First Out).
Data locality
: Keshdan samarali foydalanish uchun ma'lumotlar o‘rtasida "proximity"
(yaqinlik) mavjud bo‘lishi kerak. Dasturda tez-tez ishlatiladigan ma'lumotlar bir-biriga yaqin
joylashgan bo‘lishi keshni optimallashtirishga yordam beradi.
5. Kesh hotirasining muammolari va yechimlar
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
484
Kesh hotirasining muammolari
a. Cheklangan hajm (Limited capacity)
Kesh hotirasi juda cheklangan hajmga ega. Odatda, odamning qisqa muddatli xotirasi faqat
7 ± 2 ta elementni (raqamlar, so‘zlar, tasvirlar) saqlashga qodir. Bu holat ko‘p ma'lumotlarni bir
vaqtning o‘zida saqlashni qiyinlashtiradi.
Muammo:
Cheklangan hajm odamga ko‘p miqdordagi ma'lumotni saqlash va tezda
ishlashda qiyinchiliklar tug‘dirishi mumkin. Kesh hotirasida juda ko‘p ma'lumot saqlansa, uning
samaradorligi pasayadi.
b. Ma'lumotning tez unutilishi (Rapid forgetting)
Kesh hotirasi juda tez o‘zgaruvchi va vaqt o‘tishi bilan tezda unutiladi. Odatda, saqlangan
ma'lumot bir necha soniya yoki daqiqa ichida yo‘qoladi.
Muammo:
Qisqa muddatli xotiradagi ma'lumotlar tezda unutilishi mumkin, ayniqsa
ma'lumotni qayta ishlash yoki takrorlash amalga oshirilmasa.
c. Interferensiya (Interference)
Interferensiya — bu yangi ma'lumotlarning eski ma'lumotlar bilan aralashishi va ularni
o‘zgartirish yoki unutilishiga olib kelishi. Interferensiya ikki turga bo‘linadi:
1.
Oldingi interferensiya (Proactive interference)
— eski ma'lumotlarning yangi
ma'lumotlarni o‘zlashtirishga to‘sqinlik qilishi.
2.
Yangi interferensiya (Retroactive interference)
— yangi ma'lumotlarning eski
ma'lumotlarni yodlashni qiyinlashtirishi.
Muammo:
Kesh hotirasidagi yangi va eski ma'lumotlarning aralashuvi, o‘rganish
samaradorligini pasaytiradi va unutilishni tezlashtiradi.
d. E'tiborning tarqalishi (Attention problems)
Kesh hotirasi, ayniqsa markaziy boshqaruvchi tizim, e'tibor va diqqatni boshqarish uchun
ishlaydi. Biroq, uzoq davom etadigan e'tibor yo‘qotilishi yoki ko‘plab narsalarga bir vaqtda e'tibor
berish, xotira samaradorligini pasaytiradi.
Muammo:
Kesh hotirasi ma'lumotni samarali qayta ishlash va saqlash uchun yaxshi
diqqatni talab qiladi. Agar e'tibor tarqalsa, ma'lumotlar saqlanishi va qayta ishlanishi
yomonlashadi.
e. Stress va emotsiyalar (Stress and emotions)
Stress va kuchli emotsiyalar kesh hotirasining ishlashiga salbiy ta'sir ko‘rsatishi mumkin.
Yuqori darajadagi stress va emotsiyalar, miyaning qisqa muddatli xotirasi va qayta ishlash
tizimiga aralashadi.
Muammo:
Yuqori darajadagi stress, kayfiyatning o‘zgarishi yoki qayg‘u kesh hotirasining
ishlashini qiyinlashtiradi, bu esa ma'lumotning yodda saqlanishiga ta'sir qiladi.
2. Kesh hotirasining muammolariga yechimlar
a. Qayta ishlash va takrorlash (Rehearsal)
Yechim:
Qisqa muddatli xotiradagi ma'lumotlarni samarali saqlash uchun qayta ishlash
(rehearsal) usulidan foydalanish muhimdir. Ma'lumotlarni takrorlash, ular uzoq muddatli xotiraga
o‘tkazilishiga yordam beradi.
o
Aktiv takrorlash:
Ma'lumotlarni faqat o‘qish orqali emas, balki ularni faol ravishda qayta
ishlash (masalan, o‘zingizga so‘rash yoki yozish) orqali yodda saqlash mumkin.
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
485
o
Qo‘llash:
O‘rganilayotgan ma'lumotlarni amaliyotda ishlatish (masalan, yangi o‘rganilgan
tilni gapirish) esa ma'lumotni uzoqroq saqlashga yordam beradi.
b. Chunking (Bo‘lish yoki guruhlash)
Yechim:
"Chunking" — bu ma'lumotni katta bloklarga yoki guruhlarga bo‘lish usuli. Bu
kesh hotirasining cheklangan hajmini samarali ishlatishga yordam beradi.
o
Masalan, telefon raqamini yodlashda, raqamlarni kichik guruhlarga bo‘lish (misol: 555-
123-4567) ma'lumotni saqlashni osonlashtiradi.
o
Bu usul, qisqa muddatli xotiraning cheklangan hajmiga nisbatan samarali foydalanish
imkoniyatini yaratadi.
c. Diqqatni kuchaytirish (Improving attention)
Yechim:
Kesh hotirasining samarali ishlashi uchun e'tibor zarur. Diqqatni kuchaytirish
uchun mindfulness texnikalari, yaxshi uyqu, muntazam jismoniy mashqlar va stressni boshqarish
yordam berishi mumkin.
o
Mindfulness va diqqatni boshqarish:
Meditatsiya va diqqatni jamlash texnikalari
odamning e'tiborini kuchaytirib, ma'lumotni yaxshiroq saqlashga yordam beradi.
o
Diqqatni boshqarish:
Bir vaqtning o‘zida bir nechta vazifani bajarish (multitasking) kesh
hotirasining samaradorligini pasaytiradi, shuning uchun diqqatni bitta vazifaga yo‘naltirish ma'qul.
d. Yangi ma'lumotlarni o‘rganish va ilgari o‘rganilganlarni mustahkamlash (Spaced
repetition)
Yechim:
Spaced repetition — bu o‘rganish va takrorlashni vaqtga taqsimlash usuli.
Ma'lumotlarni vaqt-vaqti bilan qayta o‘rganish, ularning uzoq muddatli xotiraga o‘tkazilishiga
yordam beradi.
Masalan, yangi o‘rganilgan so‘zlarni har kuni bir necha marta qayta o‘rganish, ularning
yodda saqlanishini yaxshilaydi.
e. Emotsional boshqaruv (Emotion regulation)
Yechim:
Stress va emotsional holatlar kesh hotirasining ishlashiga ta'sir qilishi mumkin.
Stressni kamaytirish uchun meditatsiya, yoga, chuqur nafas olish, va boshqa emotsional
boshqaruv usullaridan foydalanish ma'lumotlarni saqlashni yaxshilaydi.
o
Stressni boshqarish:
Stressni boshqarish uchun muntazam ravishda nafas olish mashqlari
yoki stressni kamaytiruvchi faoliyatlar (masalan, sayr qilish yoki musiqa tinglash) amalga
oshirilishi mumkin.
Xulosa:
Kesh hotirasi kompyuter tizimlarining samaradorligini oshirishda muhim ahamiyatga ega.
Uning turli darajalarini va ishlash prinsiplari bilan tanishish, zamonaviy kompyuter
tizimlarining samarali ishlashini ta'minlashda yordam beradi. Keshni optimallashtirish va
yangilash texnologiyalari orqali tizimlar yanada tezroq va samarali ishlashi mumkin.
Kompyuter arxitekturasi sohasida kesh hotirasi bo‘yicha yangi tadqiqotlar va yondashuvlar
kutilmoqda, bu esa kelajakda yanada tezkor va samarali tizimlarning paydo bo‘lishiga olib keladi.
ISSN:
2181-3906
2024
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
486
REFERENCES
1.
Hennessy, J. L., & Patterson, D. A. (2019).
Computer Architecture: A Quantitative
Approach
(6th ed.). Elsevier.
2.
Stallings, W. (2018).
Computer Organization and Architecture: Designing for
Performance
(10th ed.). Pearson Education.
3.
Hill, M. D., & Smith, A. J. (2000).
Cache Design and Optimization for Microprocessors
.
IEEE Transactions on Computers.
4.
Jacob, B., & Wang, D. (2011).
Memory Systems: Cache, DRAM, Disk
. Elsevier.
