Bellekler
BELLEK YAPISI
MEMORY
Mikroişlemcili sistemlerde bilgilerin geçici veya daimi olarak saklandığı alanlara bellek adı verilir. Sisteme girilen bilgilerin bir yerde depolanması ve gerekliğinde alınıp kullanılması için bir birim gerekliydi.
Kaydedicilerin yapısından onaya çıkılarak bloklar haline getirilen kaydedici grupları bellekleri meydana getirdi. Bellekler elektronik ve manyetik olmak özere kendi aralarında ikiye ayrılmaktadır. Elektronik yarı iletken bellekler diğer devre elemanlarıyla birlikte sistemin içerisinde tutulurken, manyetik elemanlar sistemin haricinde yedek veri depolama elemanları olarak adlandırılmışlardır.
Günümüzde kullanılan yarı iletken bellekler, yüksek yoğunluklu, hızlı erişim ve çevrim zamanına sahip olup fiyatları eskiye nazaran oldukça ucuzdur. Bu tip bellekler ebat ve güvenirlilik bakımından çekirdek belleklerden daha üstündürler.
Yarı iletken bellekler üretim işlemleri ve teknolojileri bakımından kendi aralarında üç gruba ayrılırlar. Bunlardan ikisi hariç diğerleri Bipolar (iki kutuplu) veya MOS yarı iletken teknolojisini kullanırken diğer ikisi, Şarj kuptajlı cihaz (CCD) ve EPROM bellek tipleri tamamen MOS teknolojisiyle üretilmektedir. Bellek üretim sınıflandırması aşağıdaki Şekilde görülmektedir.
Bipolar bellek çipleri, PN maddesiyle oluşturulan direnç, diyot ve iki kutuplu elemanlardan meydana gelir. Günümüzün temel bipolar bellekleri standart TTL ve Schottky TTL elemanları tarafından oluşturulmaktadır. TTL tipi elemanların en tipik özellikleri, yüksek hızlı oluşları, ölçülü kapasitesi,yüksek güç tüketimi, düşük düzeyli gürültü oranı ve pahalı oluşlarıdır.
Kelime Uzunluğu:
Bir bilgisayar farklı sayıdaki mantıksal 0 veya 1'lerden meydana gelen çeşitli tipteki komutları işler 8-bit kapasiteli bir bilgisayar 28 = 256 farklı komuta sahiptir. Bu durumda bir bellek alanı 8-bitlik ifade edilirken bu bellek alanını kullanan mikroişlemcili sisteme de 8-bitlik sistem denir. Günümüz bilgisayarlarında çok özel olanlar hariç artık 64-bitlik sistemler ortak hale gelmiştir.
Bellek kapasitesi denilince, bellekte depolanabilen en fazla bellek kelimesi (word) akla gelir.Tek başına 0 veya 1 (Binary digit) olarak anılır ve sayısal sistemlerde en küçük bilgi birimidir. Bu bitlerin dört adeti bir araya gelince nibble denilen yarım bayt ortaya çıkar. Sekiz adet bitin bir araya gelmesiyle ayısal sistemlerin tabanını temsil eden bayt ifadesi ortaya çıkmıştır. Eski sistemlerde bellek kapasitesi çok küçük olduğundan bit, nibble ve bayt adı sık kullanılmaktaydı. Artık günümüz sayısal bilgisayarlarında kapasite olarak, bayt, kilobayt, megabayt ve gigabayt ve terabaytlar kullanılmaktadır. Eğer bir bellek 1 Kilobaytlık bir kapasiteye sahipse bu, 1024 adet 8-bitlik kelime demektir.Sayısal sistemlerde 1 kilo, 210 = 1024, 1 Mega 1024 Kilo ile ifade edilir.Bellek kapasiteleri genelde 1Kx4 veya 1Kx8 olarak düşünülür.Bunun anlamı, 4- bit kelimeli 1024 bellek alanı, 8-bit kelimeli 1024 bellek alanıdır,
Bellek Modülü :
Bellek kelimesinin uzunluğundan başka bilgisayarın önemli bir karakteristiği de bu bellek kelimesinin bellekle nerede yer aldığını gösteren (adreslenmesinde kullanılacak) bit ifadesidir. 1 baytlık bir düzenle 256 farklı bellek adreslenebilir demektir. Şekilde iki tek bitlik bellek çiplerinin bir araya getirilerek oluşturulmuş bir bellek modülü görülmektedir. 8-bitlik bir mikrobilgisayarda 16-bit adresleme yolu bulunduğu düşünülürse, 216 = 65536 (2n = mantıksal 65535, buradan adres yolu hat sayısıdır) adet 8-bitlik adresleme kapasitesi var demektir. Böylece en düşük adres 00000000000000002=000016, en büyük adres ise, 11111111111111112 = FFFF16'dır.Bu adres sahası genel olarak onaltılık tabanda ele alınırlar. asitesine bağlıdır. Eğer sistemimiz 64K'lık bir bellek kapasitesine sahipse bellek adresi 16 bitle (2üssü16=65536 Bayt=64K) temsil edilir. Sistemdeki tek bir bellek çipini yazma ve okuma anında seçmek kolay olabilir fakat, birden fazla modül veya çip kullanıldığında yazma veya okumanın hangi modülde olacağı çip üzerinde ayrı ayrı tanımlanması gerekmektedir.
Ram Bellekler ( Random Access Memory, -Rastgele Erişilebilir Bellek )
Yan iletken bellekler arasında rasgele erişimli bellekler (RAM-Random Access Memory) kadar hızlı gelişen başka bir bellek grubu yoktur. Bu başarının arkasındaki sebeplerden biri, MOS teknolojisinin kullanılmasıdır. Diğer bir adı hem oku hem yaz olan bu belleklerde veri geçici olarak tutulmaktadır. Mikroişlemcili sistem ilk açıldığında kendisini veriyle yüklemek için hazır vaziyette beklemektedir. İşlem sırasında üzerlerindeki bilgileri saklarlar fakat, güç kesildiğinde bilgiler kaybolur. Şekilde görülen bir bit 4096 kelimelik RAM çipinin blok diyagramında bellek dizisi 64 sıra x 64 sütun matris depolama hücresi şeklinde oluşmuştur. Depolama hücreleri tek bir transistör ve depo kapasitörü vasıtasıyla yürütülmektedir.
Bir program çalıştırdığınız zaman, bu programın bir kısmı RAM'e yüklenir. RAM' e yüklenen programa siz bir değişiklik yapsanız bile bunu kaydetmedikçe o bilgi bilgisayarınızdan elektriği kestiğinizde yok olacaktır. örneğin hesap tablosunu açtınız ve 2-3 sayfalık bir tablo oluşturdunuz. Bu tablo diske kayıt edilene kadar RAM'de saklanır. Dolayısı ile 2-3 sayfalık bir tablo oluşturup da bunu kayıt etmezseniz, ani bir elektrik gitmesinde yaptıklarınız boşa gidecektir. Bellek bilgisayarın çalışan yüzeyidir ve doğrudan işlemciye bağlı çalışır. Bir programı çalıştırmak istediğinizde, program belleğe yüklenir; harf yazdığınızda, harf bellekte saklanır. Bu nedenle bilgisayardaki bellek miktarı, çalıştırılacak programın büyüklüğünü belirler. İlk RAM çipi 1961'de Intel firmasınca yapıldı. RAM, Random Acces Memory (Rasgele Erişimli Bellek) deyiminin kısaltılmışıdır. Günümüzde birçok değişik bellek türü vardır. Daha fazla RAM, aynı anda çalışan bir çok programın daha hızlı çalışması demektir. Günümüzde Multi - Tasking özelliğine sahip İşletim sistemleri kullanıyor. Yani; bir yandan Internet'te gezerken diğer yandan yazı yazıp, müzik dinleyebiliyoruz. Aynı anda çalıştırılan program ne kadar fazla ise o kadar fazla bellek sistemi rahatlatacak demektir. Daha fazla RAM daha rahat çalışma ortamı. Günümüzün standart DRAM tipi 168pin yapıya sahip Dua! Inline Memory Modülleridir.
Siyah çipler bellek modülleridir. Altındaki yeşil tabaka ise PCB (Printed Circuit Board = Baskılı Devre). PCB üzerine bildiğiniz gibi RAM modülleri yerleştiriliyor. PCB'nin her iki tarafından da RAM modülleri bulunabiliyor. Eğer her iki tarafta da bellek modülleri bulunuyorsa Double Sided (çift taraflı), tek tarafta bellek modülleri kullanılıyorsa Single Sided (Tek Taraflı) RAM diyoruz
Statik Ram
Statik RAM, bipolar ve MOS teknolojisi uygulanarak yapılan bir bellek elemanıdır. Bu tip RAM'larda daha çok NMOS ve CMOS tekniği kullanılmaktadır. Adından da anlaşıldığa gibi, elektrik uygulanır uygulanmaz veri depolama yeteneğine sahip olan statik bipolar RAM hücresi, iki ayrı çift emiterli transistörün birbirine çapraz bağlanmasıyla meydana gelmiştir. Bipolar RAM'la MOS RAM arasında belirli bir ayrılık vardır. Bipolar RAM'ın tek bir hücresinde iki transistör ve akım sınırlayıcı iki direnç kullanılırken, bir MOS RAM hücresi tamamen N kanal MOSFET transistörlerden meydana gelmekledir, böylece bipolardaki karmaşıklık MOS'ta yoktur. Statik RAM'lerde bellek hücresi flip-flop'ları içerir. Flip flop (FP) içindeki bilgi, enerji kesilmedikçe depolanmaya devam eder. İsteğe göre yeniden silinir ya da depolanabilir. SRAM, DRAM' e göre çok daha pahalıdır ve işlemcilerde az miktarda kullanılmasının sebebi budur. İşlemci için adap edilmiş olan Level1 Cache SRAM' dır. Bilgisayar bir istekte bulun uğu zaman, ilk olarak Level ı Cache'e bakılır. Eğer istenen komut orda ise işlemci çok hızlı bir şekilde bilgiyi SRAM'den alır ve Level2 Cache'e bakmak için zaman harcamaz. Level 1 ve Level 2 SRAM Cache'ler işlemcinin hızını etkileyen en büyük faktördür.
Dinamik Ram
Kapasitörlü dinamik bellekte veri, belleğe verilen enerjinin 2-3 ms içerisinde kesilmesi halinde kaybolur. Bunun için verinin gerçek değerini bellekte koruyabilmesi için ara sıra tazelenmesi gereklidir. DRAM'in avantajı, az güç harcaması ve ucuz oluşudur. SRAM'da olduğu gibi DRAM'da da tek hir bellek hücresi dört hat arasına sıkıştırılmıştır. Bellek matrisine göre bu hücreler dizi biçiminde çoğalmaktadır. Şekilde görülen diyagramda veri okuma ve yazma soldan sağa doğru, giriş ve çıkış hatları yukardan aşağıya doğru düzenlenmiş olup, hücre bu hatlara a, b, c ve d noktalarından bağlanmıştır. Hücreyi oluşturan üç transistörden sadece birisi depolayıcı (Saklayıcı-D) olarak tasarlanmıştır. Bu Transistör bir bitlik bilgiyi üzerinde tutarken, depolama C kapasitörü vasıtasıyla yapılır.
Hücreye veri depolamak için yaz hattı ve giriş hattı birlikte mantıksal 1 yapılır. Yaz hattındaki akım Y transistöründe b'den a'ya bir akım geçişi sağlarken giriş hattındaki akım, bu transistörün a noktasından e noktasına geçerek C kapasitörünü doldurur. Böylece yaz ve giriş, hatlarının yüksek düzeyde tutulması bellek hücresine mantıksal 1 yazılmasına sebep olmaktadır. Hücreden mantıksal 1 okumak için oku hattı aktif hale getirilerek 0 okuma transistörü üzerinde akım c'den f'ye, f'den de d'ye doğru akım akar. Kapasitör üzerindeki dolu gerilim D transistörü ve R transistörünün f ve d noktası üzerinden çıkış hattına çıkar. DRAM'ların flip-flop'lu RAM'lara nazaran birkaç avantajı vardır:
1. çok az elemana gerek duyulduğundun yapısı çok basittir.
2. üretimi ucuzdur.
3. Okuma veya yazma yokken çok az enerji harcarlar.
Bu avantajlarına karşılık bir de dezavantajı vardır. Kapasitör üzerindeki ilgi zamanla transistörlerin üzerinden sızma yapmasından dolayı değer yitirir ve belli bir gerilimin altına düştüğünde verinin ne olduğu belli olmaz. Bu durumda kapasitör üzerindeki bilgi her 2 ms.'de bir düzenli olarak tazelenmelidir. Bu tazeleme işlemi ek bir devre gerektirir. çoğu dinamik RAM genişletilerek sistem saatinden sürülen yenileme sayıcısı (refresh counter) ile desteklenir.
SDRAM temel olarak zamanlama(timing) ve tıpkı CPU’da olduğu gibi çalışma hızı gibi karakteristik özellikler taşır. Bugün en yaygın olarak kullandığımız SDRAM tipleri 100 veya 133 MHz'lerden hangisinde çalıştığını belirten PC100 ve PC133'lük olanlardır. Biraz daha derinlere indiğimiz zaman ise "CAS latency", "RAS to CAS delay” ve "RAS percarge time" gibi başka teknik özellikler ile daha karşılaşırız. Belleklerde veriler sütun ve satır koordinatları ile yerleşirler. İşte burada verinin hangi sütuna olduğunu CAS, hangi satıra olduğunu ise RAS söyler. Bu son teknik özellikler genelde 3 haneli biçimde yani örneğin 3-3-3 ya da 3-2-2 gibi değişik şekillerde gösterilir. Bu sayılar ne kadar düşük olursa performans da o denli yüksek demektir. Bunlardan başka bir de her bellek modulünün ns (nanosaniye) cinsinden söylenen bir de başka hız birimi vardır. Genelde PC100 SDRAM'Ler için bu LO ns'dir. PC 133 DRAM'ler de ise, 7.5 ns ve 7 ns'lik modüller taşıyan bellekler bulunabilir. Senkronize DRAM ya da S-DRAM sistem saat hızında çalışabilen yeni bellek tipidir. Bu önemlidir çünkü CPUların dış saat hızları giderek artmaktadır. Ana bellek ile CPU arasındaki fark büyümektedir ve bu fark yalnızca S-DRAM'de giderilebilmektedir. Bu durum yüksek teknolojili sistem üreten firmalar için S-DRAM'i sistem belleği olarak kullanmaya uygun hale getirir. Bunun bir çok anlamı vardır;
durum CPUnun belleğe ihtiyaç duyduğu herhangi bir anda kullanabilmesini mümkün kılar. CPU belleğinin, S-DRAM belleğine göre kendi iç saat çevrimini bekleme zorunluluğu yoktur. Bu S-DRAM'in niçin senkronize RAM olduğunu açıklar.
İkinci olarak S-DRAM ‘in içindeki bellek bankası ikiye bölünmüştür. Bu ikili sistem, MİB’nin tüm zamanlarda bilgi yerleştirmesine olanak sağlar. üçüncü olarak bellek CPU’nun bir başka saat çevrimini beklemeksizin aralarındaki direkt hattan sıralı bilgi aktarımına olanak sağlar. S-DRAM'e kadar yapılanlar DRAM teknolojisinin üzerinde yapılan oynamalar iken, şimdi SRAM’ler EDO ve DRAM teknolojisinin rakibi ve seçeneği olmuşt
özellikteki DDR SDRAM bant genişliğini 2,1 GBps 'a çıkarıyor ki bu diğerinin hemen hemen iki katı değerinde. Buradan yola çıkarak 200 MHz'de çalışan bir DDR SDRAM'in 3,2 GBps'lık bir genel sistem bant genişliği sunacağını söyleyebilir. DDR SDRAM yapısı içinde SDRAM' e benzer olarak DIMM modüllerini kullanır. DIMM'in yapısı gereği, geniş veri çıkışı ve hızı sunan 64 bit'lik veri bağlantısı kullanılır. Buna rağmen DDR SDRAM'ler günümüzdeki SDRAM ontrolcüleri ile uyumlu değildir. DDR SDRAM'leri kullanabilmek için çipset ve ana kart üreticilerinin DDR SDRAM için uyumlu aygıtlarını üretmeleri erekmektedir. örneğin AMD, Athlon tabanlı sistemler için DDR bellek desteği olan AMD-760 çipsetinin tanıtımını yaptı ve bir çok üretici DDR SDRAM modülünü üreteceklerini açıkladı. VIA ise gelecekte, Intel işlemciler için DDR SDRAM'leri destekleyen chipsetler üreteceğini açıkladı. önümüzdeki aylarda (2000 yılının sonbaharında) sistem üreticilerin genel sistem belleklerinde DDR SDRAM kullanmaları bekleniyor. Günümüzde DDR SDRAM modülleri taşıyan aygıt olarak GeForce 256 ekran kartı gösterilebilir. GeForce 256 ekran kartının iki farklı çeşidi bulunmakta. DQR SDRAM modeli SDRAM / SGRAM modeli olanına duruma göre %25-30 arasında bir performans farkı oluşturur.
DRDRAM (Direct Rambus DRAM)
INTEL'in yardımı ile hayata geçirilmiş olan bu bellek teknolojisi aynı miktardaki SDRAM' den çok daha pahalı. Normal işlemler' ve testlerde RDRAM erformansı SDRAM' e göre pek bir artış olmaması geleceğin bellek teknolojisinin DDR SDRAM olmasını kolaylaştıracak gibi. Şüphesiz bunun en önemli etkeni başarılı SDRAM bellek teknolojisi.ntel RAMBUS teknolojisi üreticilerinden. Bu yüzden INTEL gelişen işlemci teknolojisi ile birlikte RDRAM kullanılmasını istiyor. Fakat RDRAM'in yüksek fiyatı ile birlikte üreticileri i820 çipsetinin genelde SDRAM'li versiyonunu çıkarmaya başladılar. Bu arada bazı büyük sistem üreticileri (DELL gibi) yüksek fiyatlı sistemlerinde Intel' in yeni çipsetini ve RDRAM kullanmaya başladı.
DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)
DDR SDRAM teknolojisi günümüzde yeni kullanılmaya başlanılan bir bellek teknolojisidir. Teorik olarak DDR SDRAM bellekler SDRAM belleğin sunduğu bant genişliğinin iki katını sunuyor. Bu RAM senkronize yani sistem veri yolu hızı ile aynı hızda çalışmaktadır. Bant genişliğini iki katına çıkaran özellik ise saat vuruşlarının yükselen ve alçalan noktalarından bilgi okuyabilme yeteneğinin olmasıdır. SDRAM' da ise bilgi alma yönU saat vuruşlarının yükselen Noktalarındandır. Buradan yola çıkarak teorik olarak 133 MHz hıza sahip olan DDR bellek 266 MHz hıza sahip olan SDRAM bellek ile aynı performansı verecektir.
RDRAM'in neden kullanılıyor olduğu sorusunun cevabı ise yenilikçi bellek teknolojisi taşımasıdır. 16 bit geniş bir veri yolu hızı sunan Direct Rambus Kanalı bellek hızının 400 MHz'e kadar çıkmasına olanak tanıyor. DDR SDRAM gibi çift taraflı okuma yapabileceğinden bu hız 800 MHz'e eşit oluyor. Biraz önce DIMM modüllerini kullanan SDRAM ve DDR SDRAM' in 64 bit veri yolu bağlantısı kullandığından bahsetmiştik. Fakat RDRAM 16 bitlik bir veri yolu üzerinde çalışıyor. Veri yolu genişliğinin daha dar olması nasılolur da daha fazla bant genişliğine izin verir? Bunun cevabı RAMBUS'un çalıştığı hızda saklı. Zira daha dar veri yolu genişliği daha fazla hıza imkan tanıyor. Teorik olarak RAMBUS 1,6 GBps değerinde bant genişliği sunabiliyor. Genel olarak tablo halinde PC100 DIMM modülü ile, RIMM modülü arasındaki farkları tablo halinde incelenecek olursa, bilgiler daha kalıcı olur.
Anlaşılacağı üzere RDRAM DIMM modüllerini kullanmıyor. DIMM modülleri yerine RIMM (RAMBUS Inline Memory Module) kullanıyor. Boyutları hemen hemen DIMM ile aynıdır ve üretim maliyeti de aynıdır.
PC'lerimizdeki bellekler, sistemde yer alan işlemci ve grafik kartları gibi veri yaratan ve işleyen birimlerin ortaya çıkardığı verilerin uzun ya da kısa süreli olarak saklandığı işlevsel birimlerdir. Sabit disk sürücüler, sistem RAM'leri, işlemcilerin içindeki cache diye tabir edilen bellekler, BIOS'un saklandığı EPROM'lar, grafik kartlarının üzerindeki RAM'ler, CD'ler, disketler v.s. hepsi PC'lerde yer alan bellek türleridir.
Band Genişliği
Yonga setlerinde, ekran kartlarında, işlemcilerde, internet bağlantılarında, kısaca verinin taşındığı her ortamda bu kavram geçerlidir. Tanımlamak gerekirse, bant genişliğ, bir ortamda verinin ne kadar hızlı taşındığının ölçüsüdür. Kısaca, birim zamanda taşınan veri miktarıdır. Bu tanımı belleklere uygulayacak olursak, bellek modülümüzle anakart arasında belli bir süre içerisinde ne kadar veri alışverişi gerçekleşebiliyor sorusunun cevabı bant genişliğidir. önceden bahsettiğimiz gibi, DIMM’ler, anakarta 168 bitlik bir port üzerinden bağlı ve bunun 128 biti veri için ayrılmış durumda. SDR bellekleri ele alırsak, saat işaretinin her yükselen kenarında modül ve anakart arasında 128 bitlik veri transferi olduğu ve modülün saat frekansının birimi olan Hertz (Hz)’in aslında bir saniye içinde kaç saat periyodu sığdığını bize söylediği düşünülürse, saat frekansıyla 128-bit’i çarptığımızda, bir saniyede (birim zamanda) kaç bit (ne kadar veri) taşındığı kolayca hesaplanır ve bu da bize bit/saniye cinsinden bant genişliğini verecektir. Mesela, belleğimizin saat frekansı 166 MHz (Mega Hertz) olsun. Bu durumda SDR
Belleğimizin Bant Genişliği :
Band Genişliği=128bit * 166MHz = 21248000000 bit/saniye = 2656000000 byte/saniye =2.47 Giga Byte/saniye (GB/s) olarak hesaplanabilir. RAM' deki bilgiler geçicidir. Yani, bilgisayarınızda o anda çalışan programların, gerekli bilgileri RAM' de saklayarak daha sonra gerektiğinde kullanım için geri aldığı bir alandır. Diğer bir değişle bir geçici bellek görevindedir. Bilgiler gerektiğinde kullanılır. Gerekmediği zaman silinir. RAM üzerindeki bilgiler kısa ömürlüdür. Bilgisayarınızı kapattığınızda RAM' deki bilgiler 8-10 sn içersinde siliniyor. Bilgilerimizi uzun ömürlü olarak saklamak istiyorsak, manyetik alana kayıt yapan sabit diskleri kullanıyoruz.
RAM Nasıl Çalışır
RAM i de bilginin saklanması için sürekli bir elektrik enerjisine ihtiyaç vardır. Bunu da bilgisayar açık olduğu zaman anakart (Mainboard) üzerinden temin eder. Dolayısıyla bilgisayarınızı kapattığınızda sürekli elektrik enerjisini alamaz ve RAM'de saklanan bilgiler yok olur. DRAM