MİKROİŞLEMCİLER HAFIZA BİRİMLERİ. Doç.Dr. Mehmet Recep BOZKURT ADAPAZARI MESLEK YÜKSEKOKULU

Transkript

1 MİKROİŞLEMCİLER HAFIZA BİRİMLERİ Doç.Dr. Mehmet Recep BOZKURT ADAPAZARI MESLEK YÜKSEKOKULU

2 Öğrenme Hedefleri Bu konuyu çalıştıktan sonra: Mikroişlemcili sistemlerde kullanılan bellek türlerini bilecek, Bellek kapasitelerinden bahsedilirken kullanılan ölçü birimlerini bilecek, Belleklerin türlerine göre avantaj ve dezavantajlarını sayabilecek, Farklı veri saklama yöntemlerini ayırdedebilecek, Amaca uygun özellikte uygun belleği seçebileceksiniz. 2

3 İçindekiler SAYI SİSTEMLERİ Giriş Bellek ölçü birimleri RAM DRAM SRAM ROM PROM EPROM EEPROM Flash Bellekler Hafıza kartları Harddiskler ve manyetik saklama ortamları Optik saklama ortamları 3

4 Giriş Mikroişlemcili sistemlerde veri belleği ve program belleği adı altında iki çeşit bellek olduğunu ve mikroişlemcinin mimarisine göre bunların bir arada veya ayrı ayrı yönetilebildiğini önceki haftalardan biliyoruz. İster aynı alanda kullanılsınlar, ister ayrı yerlerde, bu bellekleri mikroişlemcili bir sisteme dahil etmemiz gerekmektedir. Bununla beraber sistemi çalıştırdığımızda elde ettiğimiz sonuçları, topladığımız verileri, daha sonra kullanacağımız bilgileri vs saklamamız için yine kalıcı hafızalara ihtiyacımız vardır. Hem hangi hafızanın nerede kullanılacağını bilebilmek için, hem birbirlerine göre avantaj ve dezavantajlarını bilmek için hem de sistemi daha iyi tanıyabilmek için bu hafıza birimlerini tanımamız gerekir. Bu haftaki derste anlatılacak her konu, başlı başına bir ders olabilecek içeriğe sahiptir. Burada genel bilgiler verilecek, detaya girilmeyecektir. 4

5 Bellek ölçü birimleri Bellek kapasiteleri belirtilirken, belleğin saklayabileceği bilgi miktarı belirtilmektedir. Bu sayede farklı belleklerin saklayabileceği bilgi kapasiteleri birbirleri ile karşılaştırılabilmektedir. Elektronik sistemde en küçük bilgi boyutu bir bittir. Önceki haftalardan bir bitin değerinin 1 veya 0 olabileceğini biliyoruz. Bir bit kısaca b harfi ile sembolize edilir. 8 bit bir araya geldiğinde bir bayt (byte) olur ve B harfi ile sembolize edilir. Metrik sistemde 10 un kuvvetleri şeklinde ifade edilen kilo, mega, giga gibi ön ekler bayt miktarlarını ifade ederken de kullanılır. Ancak elektronik devreler ikili sayı sistemi üzerine kurulduğundan buradaki değerleri ikinin kuvveti şeklinde olmaktadır ve gerçek değerinden biraz sapma görülür. Bunun için yandaki tablo incelenebilir. Ayrıca bu katsayıların ikilik hallerini ifade eden yeni katsayılar tanımlanmış olmasına karşılık, bunlar pratikte çok kullanılmamışlardır. önek kısaltması anlamı binary anlamı karşılığı ikili önek kilo k (veya K) = Byte Kibi mega M kb Mebi giga G MB Gibi tera T GB Tebi peta P TB Pebi exa E PB Exbi 5

6 RAM RAM, Random Access Memory (rastgele erişimli bellek ), kelimelerinin baş harflerinden türetilmiş bir kısaltmaterimdir. Her bir bellek hücresinin ayrı bir adresi vardır ve mikroişlemci herhangi bir anda bu hücrelerden herhangi birisine doğrudan erişebilir. Rastgele erişimli denmesinin sebebi budur. RAM, Geçici hafıza türlerindendir; yani üzerindeki enerji kesildiğinde, içindeki bilgiler kaybolur. Sistem hafızası olarak kullanılan hafıza türüdür. Mikroişlemci içindeki kaydediciler ve önbellekten sonra en hızlı erişim sağlanabilen bellektir. Bu sebeple mikroişlemci kalıcı hafızadan okuma yazma yapmak yerine, program kodlarını ve verileri önce RAM e aktarır, sonra buradan okuma yazma yapar. RAM kapasitesi sistem performansı üzerinde çok etkilidir. Yetersiz RAM, yavaş çalışan sistem demektir. Bir çok RAM çeşidi vardır. En temel anlamda dinamik ve statik olarak ikiye ayırabiliriz. 6

7 RAM -devam Dinamik RAM daha ucuz ve daha küçük mimari yapıdadır. Hız olarak Statik RAM den daha yavaştırlar. Ucuzluk ve küçüklük avantajları sebebiyle sistem hafızası olarak kullanımı tercih edilir. Statik RAM ise dinamik RAM e göre daha yüksek maliyetli ve daha büyük yapılıdır. Ancak hız olarak çok daha hızlı çalışır. Bu özelliği sayesinde önbellek olarak kullanımı daha yaygındır. Genellikle takılablirçıkarılabilir olarak değil, devreye sabit olarak kullanılırlar ve bu yüzden değiştirilebilir yapıda değillerdir. Dinamik RAM ve Statik RAM arasındaki en önemli temel fark, dinamik olanda bilgilerin periyodik olarak yenilenmesi gerekirken, statik olanda böyle bir ihtiyaç olmamasıdır. Dinamik RAM ler kısaca DRAM olarak ve Statik RAM ler SRAM olarak ifade edilirler. Bilgisayarlarda kullanılan RAM modülleri genellikle DRAM türündendir. EDORAM, SD-RAM, DDR-RAM, RD-RAM gibi RAM ler DRAM çeşidine örnek verilebilir. 7

8 ROM ROM, Read Only Memory (sadece okunabilir bellek) kelimelerinin baş harflerinden türetilmiş bir kısaltmaterimdir. Adından da anlaşılabileceği gibi, bu bellekteki bilgiler sadece okunabilirler. İlerleyen slaytlarda ifade edileceği gibi ROM un farklı çeşitleri vardır. Önünde başka takı olmadan sadece ROM olarak ifade ettiğimiz bellek içindeki bilgiler üretim esnasında yazılır ve sonrasında silinemez veya değiştirilemezler. ROM içindeki bilgiler kalıcıdır, yani elektrik enerjisinin kesilmesiyle bilgiler kaybolmaz. Mikroişlemcili bir sistemde, sisteme enerji verildiğinde yapılacak işlemler ROM türü bir bellek içine yazılır ve sistem çalışmaya başladığında ilk olarak buradaki komutları yerine getirir. Bilgisayarlarda bu görevi BIOS (Basic Input Output System) yapar. ROM hız olarak RAM den yavaş, diğer kalıcı hafızalardan hızlıdır. Bilgisayar sistemlerinde önceleri BIOS olarak ROM lar kullanılırken, günümüzde EEPROM lar kullanılmaktadır. ROM belleğin PROM, EPROM ve EEPROM gibi çeşitleri vardır. 8

9 ROM -devam PROM, Programmable Read Only Memory (programlanabilir sadece okunabilir bellek) kelimelerinin baş harflerinden türetilmiş bir kısaltma-terimdir. ROM lar üretim esnasında programlanırken, PROM lar fabrika çıkışında içlerinde bilgi olmayacak şekilde üretilirler. Bu entegrelerin özel programlayıcıları vardır ve bu programlayıcılar aracılığıyla sadece bir defaya mahsus olmak üzere programlanabilirler. Yani bir defaya mahsus olarak içlerine bilgi yazılabilir. Bir sefer programlanmış bir PROM, tekrardan programlanamaz. EPROM, Erasable Programmable Read Only Memory (silinebilir programlanabilir sadece okunabilir bellek) kelimelerinin baş harflerinden türetilmiş bir kısaltmaterimdir. Adından da anlaşılabileceği gibi bu entegreler fabrika çıkışında boştur ve sonra özel programlayıcıları aracılığıyla programlanabilirler. PROM dan farklı olarak UV ışık yardımıyla içindeki bilgileri silmek ve sonra tekrar programlanamak mümkündür. Bu sayede tekrar tekrar programlanabilirler. Işık girişi için bu entegrelerin üzerinde bir pencerecik yer alır. Kazara silinmesini önlemek için programladıktan sonra pencereyi kapatmak önemlidir. 9

10 ROM -devam EEPROM, (E 2 PROM) Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (elektriksel olarak silinebilir, programlanabilir sadece okunabilir bellek) kelimelerinin baş harflerinden türetilmiş bir kısaltma-terimdir. Aynı EPROM lar gibi silinebilir ve tekrar programlanabilirler. EPROM lardan farklı olarak silmek için ultraviyole ışığa ihtiyaç yoktur. Elektrik enerjisi ile silinebilir ve sonra tekrar programlanabilirler. Bu özellikleri sayesinde uygun gerilimleri ayarlamak şartıyla- takılı oldukları devre içinde tekrar tekrar silinmeleri ve programlanmaları mümkündür. EEPROM lar mikroişlemcili ve mikrodenetlyicili sistemlerde bir nevi harddisk gibi de kullanılaiblmektedir. 10

11 Flash Bellekler Flash bellekler, elektronik olarak bilgi yazılabilen ve silinebilen, enerjisi kesildiğinde içindeki bilgiler kaybolmayan, hem okuma hem yazma işlemi yapılabilen esnek kullanımlı elektronik bellek elemanlarıdır. Flash bellekler bir entegre yapı olarak devre kartı üzerinde sabit halde kullanılabileceği gibi, portatif ve taşınabilir olarak da üretilebilirler. Uygun şartların sağlanmasıyla ROM ların yerine flash belleklerin kullanılması mümkündür. Taşınabilir USB bellekler ve çeşitli hafıza kartları da flash bellek yapısındadır. 11

12 Flash Kartlar Hafıza Kartları Hafıza kartlarının da çok çeşidi bulunmaktadır. Temel yapı olarak içinde bilgi sakladığımız elektronik devrelerdir. Flash bellekler için bahsedilen özellikler bunlarda da geçerlidir. Aralarındaki farklılık şekilsel tasarımlardan, pin yapılarından ve benzeri özelliklerden kaynaklanır. Piyasada en çok kullanılan flash kartlar SD (Secure Digital) minisd microsd kartlar, CF (Compact Flash) kartlar, memory stick (pro, pro-duo, micro) gibi standartlardır. Aynı tip kartlar içinde de kapasitelerine göre ve veri iletim hızlarına göre farklı sınıflandırmalar yapmak mümkündür. Örneğin SD kartlar veri okuma yazma hızına göre Class 4, Class 6, Class 10 gibi sınıflara ayrılırlar. Hafıza kartlarını sistemlerde veri yedeklemek için, log dosyalarını koymak için veya küçük sistemlerin sabit hafızası olarak kullanabiliriz. 12

13 Harddiskler - Manyetik bellekler Harici ve dahili olarak kullanılabilirler. 2,5 ve 3,5 boyutunda olanların yaygın kullanımları vardır. Bilgisayar gibi büyük sistemlerde, büyük miktarda veri depolamak için kullanılırlar. Veriyi manyetik olarak kaydederler. Hareketli parçaların olması, verinin manyetik olarak kaydedilmesi, dolayısıyla manyetik alanlardan etkilenmesi, okuma kafalarının disklere mesafesi, fiziksel büyüklükleri gibi dezavantajları vardır. Motorun dönüş hızına (5400 rpm, 7200 rpm vs) göre de sınıflandırılırlar. Günümüzde yerlerini elektronik olarak veri yazılan disklere (SSD, Solid State Drive) bırakmaktadırlar. Veri iletimine (ve bağlantı noktasına) göre Serial-ATA ve Paralel-ATA çeşitleri vardır. Artık kullanımı neredeyse kalmamış olan disketler de taşınabilir manyetik veri saklama araçlarıdır. Sakladığı bilginin az olması, boyutunun büyük olması, bilgiyi güvenli saklayamaması gibi dezavantajlarla kullanımı neredeyse kalmamıştır. Üstteki şekilde 1956 yılında IBM tarafından üretilmiş 5MB lık bir HDD görülmektedir. 13

14 Optik Diskler Veriyi optik olarak saklayan disklerdir. Elektronik sistemdeki 1 ve 0 lar, disk yüzeyinde oluşturulmuş çukur ve düz bölgeler ile sağlanır. Belli dalga boyunda laser ışık gönderilir ve bu ışık çukurlardan farklı, düz bölgelerden farklı yansıyacağından buradaki bilgi okunabilir. İlk çıkan optik diskler CD (Compact Disc) adını verdiğimiz disklerdir. İlk çıkanlar 650 MB olmakla beraber MB veri saklayabilirler. Daha sonra Daha yüksek çözünürlüklü DVD (Digital Versatile Disc) adı verilen diskler kullanılmaya başlamıştır. Bunlar tek katmanda 4,7 GB veri saklayabilirler. Günümüzde BluRay diskler yaygınlaşmaya başlamıştır. Daha küçük dalga boyunda ışık kullanılarak çok daha az yere çok daha fazla bilgi sığdırmak mümkün olmuştur ve BluRay diskler tek katmanda 25GB veri taşıyabilirler. 14