İÇİNDEKİLER 1. BELLEKLER Belleğin Görevi RAM (Random Access Memory-Rastgele Erişimli Bellekler)

Transkript

1 İÇİNDEKİLER 1. BELLEKLER Belleğin Görevi RAM (Random Access Memory-Rastgele Erişimli Bellekler) Sadece Okunabilir Bellekler ROM, PROM, EPROM, EEPROM, FLASH ROM Bellekler Yar İletken Özeliklerine Göre RAM Bellek Çeşitleri SRAM (Static Random Access Memory-Statik Rastgele Erişimli Bellek) DRAM ( Dynamic Ramdom Access Memory-Dinamik Rastgele Erişimli Haf za) FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM-H zl Sayfa Modu DRAM) EDO DRAM (Extended Data OutGenişletilmiş Veri Ç k ş ) SDRAM (Senkronize DRAM) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) DRD RAM ( Direct Rambus DRAM) SLD RAM Diğer RAM Çeşitleri UYGULAMA FAALİYETİ ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME BELLEK MONTAJI Statik Elektriğin Bellek Modüllerine Zararlar (ESD-Elektrostatik Deşarj) Modül Yap s na Göre RAM Bellek Çeşitleri SIMM ler (Single Inline Memory Module) DIMM ler (Dual In-line Memory Module) SODIMM ler Ön Bellek (CACHE MEMORY)... 29

2 1. BELLEKLER Genel olarak bellekler, elektronik bilgi depolama üniteleridir. Bilgisayarlarda kullan lan bellekler, işlemcinin istediği bilgi ve komutlar maksimum h zda işlemciye ulaşt ran ve üzerindeki bilgileri geçici olarak tutan depolama birimleridir. İşlemciler her türlü bilgiyi ve komutu bellek üzerinden al r. Bilgisayar n aç l ş ndan kapan ş na kadar sağl kl bir şekilde çal şmak zorunda olan en önemli bilgisayar bileşenlerinden biri bellektir Belleğin Görevi Teknik olarak bellek, herhangi bir şekilde elektriksel verinin depolanmas işlemidir fakat günümüzde h zl ve geçici depolama anlam nda kullan lmaktad r. Eğer bilgisayar n z n işlemcisi devaml olarak sabit diskinize erişmek zorunda kalsayd çal şma performans ciddi bir şekilde düşerdi. Veriler bilgisayar n z n belleğinde tutulduğu zaman işlemciniz bu verilere kat kat daha h zl erişebilir. 3

3

4 Şekil 1.1: İşlemcinin belleğe erişme yollar Yukar daki resimde de görüldüğü gibi işlemci belleğe farkl yollardan erişir. Veriler, ister sabit bir depolama kaynağ ndan (sabit disk) ya da herhangi bir giriş kaynağ ndan (klavye, fare) gelirse gelsin bunlar n çoğu öncelikle RAM (Random Access Memory) belleğe gider. Bu aşamadan sonra işlemci, kendi için gerekli olan küçük veri parçalar n tampon bellekte (Cache) saklar. Bilgisayar n zdaki bütün parçalar (işlemci, sabit disk ve işletim sistemi gibi) tak m hâlinde çal ş r. Bu tak m n en önemli ve en gerekli parças bellektir. Bilgisayar açt ğ n zdan itibaren kapatana kadar işlemciniz bellekleri kullan r. Bu aşamada ak llarda daha rahat kalmas için bilgisayar bir ofise benzetebiliriz. İşlemci ofiste çal şan insan; sabit disk dosyalar n z saklad ğ n z dolaplar bellek ise sizin masan z olacakt r. Kullanmak istediğiniz dosyalara h zl erişmek, her seferinde gidip dolaptan ç karmamak için onlar masa üstünde tutmak en ak ll cas d r. Bellek yani masa ofislerde olmazsa olmaz parçalardand r. Şimdi belleğin çal şmas na birlikte göz atal m: > Bilgisayar n z açt n z. > Bilgisayar aç l ş verilerini ROM'dan (Read Only Memory - Sadece Okunabilir Bellek) okur ve aç l ş testlerini (POST- Power On Self Test) bütün ayg tlar n doğru çal şt ğ ndan emin olmak için yapmaya başlar. Bu testin bir parças olarak bellek denetleyicisi, bütün bellek adreslerini h zl bir okuma/yazma işlemiyle test eder. > Bilgisayar basit giriş/ç k ş sistemini (BIOS Basic Input/Output System) ROM'dan yükler. > BIOS bilgisayar hakk nda depolama ayg tlar, aç l ş s ras, güvenlik, tak ve çal şt r özelliği gibi en temel bilgileri sisteme sunar. > Bilgisayar işletim sistemini sabit diskten belleğe yükler tabiki sadece sistem için hayati olan k s mlar, bellekte sistem kapanana kadar kal r. Bu işlemcinin, işletim sistemine direk ve h zl erişimini sağlar. > Siz herhangi bir uygulama başlatt ğ n zda bu öncelikle belleğe yüklenir. Bellek kullan m n düzenlemek aç s ndan sadece gerekli parçalar, bir uygulama aç ld ktan sonra kullan lmak için aç lan herhangi bir dosyada belleğe yüklenir. > İşiniz bitip dosyay kaydedip kapatt ğ n z zaman dosya, uygun olan depolama birimine (sabit disk) yaz l r ve uygulama bellekten silinir. Yukar daki listede görüldüğü gibi kulland ğ n z uygulamalar her defas nda belleğe yüklenir ve silinir. Bu basitçe bilgisayar n geçici belleğinde yani masa üstünüzde bilgileri kulland ğ n z anlam na gelir. İşlemci tekrar eden süreçler hâlinde gerekli olan veriyi bellekten ister; üzerinde gereken işlemleri yapar ve belleğe tekrar yazar. Çoğu bilgisayarda bu işlem, saniyede milyonlarca kez tekrar edilir. Bir uygulama kapat ld ğ nda o ve onun kulland ğ dosyalar bellekten diğer uygulamalara yer açmak için silinir. Eğer değişiklikler sabit bir depolama ayg t na bellekten silinmeden kaydedilmezse veriler kaybolur.

5 Şekil 1.2: Verilerin işleniş yönü Tipik bir bilgisayar üzerinde L1 ve L2 tampon bellekler, normal sistem belleği, sanal bellek ve sabit disk bulundurur. H zl ve güçlü işlemciler, performanslar n mümkün olduğunca art rmak için veriye kolay ve h zl erişmek ister. Eğer işlemci, gereken veriyi alamazsa doğal olarak durur ve beklemeye başlar. Okuma/yazma yapabilen en ucuz bellek çeşidi sabit disklerdir. Sabit diskler; ucuz, büyük ve kal c depolama alan sağlar. Sabit disklerde ucuza depolama yeri alabilirsiniz; fakat depolanan veriye ulaşman z biraz zaman al r. Sabit disklerin ucuz ve yavaş olmas onlar işlemci bellek s ralamas nda en sona atm şt r. Bu çeşit belleklere sanal bellek denir. Sanal bellek, normal sistem belleğinin (RAM) yetmediği koşullarda kullan lmak üzere işletim sistemi taraf ndan sabit disk üzerinde oluşturulan bir çeşit bellektir. S ralamaya göre bir sonraki bellek çeşidi RAM'dir. İşlemcinizin bit değeri, onun ayn anda ne kadar veriyi işleyebileceğini gösterir. Örneğin 16 bit'lik bir işlemci, ayn anda 2 byte veriyi işleyebilir (1 byte = 8 bit -> 16 bit = 2 byte ) ve 64 bit'lik bir işlemci de 8 byte. Megahertz ise işlemcinin bir işlemi yapma h z d r ya da diğer bir deyişle saniyedeki saat turudur. Dolay s yla 32 bit PIII-800 Mhz bir işlemci saniyede 4 byte' 800 milyon kere işleyebilir. Tabi bu değerler teoriktir ve diğer performans kriterleri (iletim hatt - pipelining gibi) göz önüne al nmam şt r. Bellek sisteminin görevi ise bu büyük miktarlardaki verinin işlemciye ayn h zda ulaşabilmesini sağlamakt r. Bilgisayar n sistem belleği, tek baş na bu h z karş lamaya yetmeyebilir. İşte bu sebeple tampon bellekler kullan l r (L1, L2). Tabi h zl bellek her zaman için iyidir. Bugün birçok bellek nano saniye aras nda çal şmaktad r. Bir belleğin okuma/yazma h z ise bellek tipine bağl d r (DRAM, SDRAM, RAMBUS gibi). Şekil 1.3: Verilerin ana bellekten CPUa geliş zaman

6 Bellek h z, veri yolu genişliği (bus width) ve veri yolu h z yla (bus speed) doğru orant l d r. Veri yolu genişliği belleğin işlemciye saniyede ayn anda gönderebildiği bit say s d r. Veriyolu h z ise saniyede gönderilen bit gruplar miktar d r. Bir veriyolu turu (bus cycle) verinin işlemciye gidip belleğe geri döndüğünde gerçekleşir. Örneğin 100 Mhz 32 bit veriyolu teorik olarak 4 byte (32 bit = 4 byte) veriyi saniyede 100 milyon kere gönderebilirken, 66 Mhz 16 bit veriyolu 2 byte'l k bir veriyi saniyede 66 milyon kere gönderebilir. Eğer basit bir hesap yaparsak işlemcinin 16 bit'ten 32 bit'e ç kmas ve veri yolu h z n n 66 Mhz'den 100 Mhz'ye ç kmas işlemciye verinin 4 kat fazla ulaşmas anlam na gelir (400 milyon byte yerine, 132 milyon byte) RAM (Random Access Memory-Rastgele Erişimli Bellekler) RAM; işletim sisteminin, çal şan uygulama programlar n n veya kullan lan verinin işlemci taraf ndan h zl bir biçimde erişebildiği yerdir. RAM, bilgisayarlardaki CD-ROM, disket sürücü veya sabit disk gibi depolama birimlerinden daha h zl d r. Bilgisayar, çal şt ğ sürece RAM faaliyetini devam ettirir; bilgisayar kapand ğ zaman ise RAM'de o an depolanm ş olan veriler silinir. Resim 1.1: RAM bellek RAM'e 'Random Access' yani 'rastgele erişimli denir. Veriler, sistem taraf ndan belleklere s k ve belirli bir düzen dahilinde gönderilmez ya da al nmazlar. Verilerin RAM'de saklanmas daha önce de belirtildiği gibi sistem çal ş r durumda kald ğ sürece mümkündür. Yani sabit disklerde olduğu gibi var olan bilgilere sistem kapand ktan sonra tekrar ulaş lamaz. İşletim sistemi işlem yapacağ zaman, istenilen veriler bellekte yaz l olduklar adreslerden geri al n rlar. Bellek adreslerine h zl bir şekilde ulaş lmas sistemin genel performans n olumlu yönde etkiler. RAMler birbirinden tamamen bağ ms z hücrelerden oluşur. Bu hücrelerin her birinin kendine ait say sal bir adresi vard r. Her hücrenin çift yönlü bir ç k ş vard r. Bu ç k ş veri yolunda (Data Bus) mikroişlemciye bağl d r. Bu adresleme yöntemiyle RAMdeki herhangi bir bellek hücresine istenildiği anda diğerlerinden tamamen bağ ms z olarak erişilebilir. İşte rastgele erişimli bellek ad da buradan gelmektedir. RAMde istenen kayda ya da hücreye an nda erişilebilir. Bellek s ğas (kapasitesi) byte cinsinden belleğin kapasitesini verir. Byte; bellek ölçü birimidir, 8 bitten oluşur. Bit ise en küçük haf za birimidir. Bellek ölçüleri ise küçükten büyüğe doğru: 7

7 1 Byte 1 Kilo Byte (KB) 1 Mega Byte (MB) 1 Giga Byte (GB) 1 Tera Byte (TB) = 8 Bit = 1024 Byte = 1024 Kilo Byte = 1024 Mega Byte = 1024 Giga Byte RAM'lerin Yap s RAM'ler hem okunabildiği hem de yaz labildiği için kontrol girişine ek olarak okuma ve yazma girişleri de bulunur. Tipik bir RAM entegresinin yap s aşağ daki şekilde gösterilmiştir: Entegre Seçim Adres Yolu Okuma Yazma Veri yolu Şekil 1.4: RAMin yap s RAM'in kapasitesine göre veri yolu ve adres yolunu oluşturan bacak say lar belirlenir. Veri yolundaki iki yönlü ok RAM'e verilerin aktar labileceğini, ayn zamanda da RAM'den verilerin okunabileceğini göstermektedir. Buna karş l k adres yolu tek yönlüdür ve istenen adres RAM'e iletilir. RAM genellikle ana kart üzerindeki SIMM (Single Inline Memory Modules) veya DIMM (Dual Inline Memory Modules) ad verilen yuvalara tak l r. Resim 1.2: Belleğin ana karta monte edilmesi 8

8 Sadece Okunabilir Bellekler ROM, PROM, EPROM, EEPROM, FLASH ROM Bellekler > ROM ( Read Only Memory ) İki bellek türünden birisi olan ROM, RAM'in aksine üzerindeki bilgiler kal c d r. Standart ROM üzerindeki bilgiler hiçbir yol ile değiştirilemez veya silinemez. ROM birimine bilgi kal c olarak yerleştirilmiştir ve içerik kesinlikle değiştirilemez. Bilgisayar n z kapatsan z bile üzerindeki bilgiler gitmeyecektir. BIOS gibi bilgisayar n z için önemli bilgilerin tutulduğu bir yap da, özel yöntemlerle silinebilen ROM çeşidi kullan l r. BIOS üzerinde kullan lan bilgiler oldukça önemli olduğundan ROM, habersiz olarak yap lan kopyalama ya da silme işlemlerinin önüne geçmiş oluyor. ROMun bilgisayar başlat ld ğ nda yerine getirdiği görevleri: > POST (Power On Self Test): Bütün komutlar n test edilmesi işlemidir. > CMOS komutlar na bağl olarak Setup komutlar n işletir. > Donan mla bağl olan BIOS komutlar n yerine getirir. > İşletim sistemini çağ ran BOOT komutlar n yürütür. Günümüzde ROM'un birkaç versiyonu vard r. Bu versiyonlar gerekli alanlarda, özelliklerine uygun bir şekilde kullan l yor. ROM PROM EPROM EEPROM Şekil 1.5: ROM çeşitleri > PROM (Programable Read Only Memory-Programlanabilir Yaln zca Okunur Bellek) PROMun özellikleri temelde ROMla ayn d r. Bir kez programlan r ve bir daha program değiştirilemez ya da silinemez. Ancak PROMun üstünlüğü yongan n fabrikada yap l rken programlanmak zorunda olmay ş d r. Herkes sat n alabileceği PROM programlay c s ile amaca göre PROMa bilgi yaz labilir. 9

9 Şekil 1.6: PROMun yap s Bu tip ROMlarda sat r ve sütunlar aras nda sigortalar (fuse) bulunmaktad r. ROMun programlanma işlemi, baz sigortalar n yak lmas ile baz sat r ve sütunlar aras ndaki bağlant lar n kesilmesi şeklinde olmaktad r. Bağlant olan kesişimlerde değer 1, olmayanlarda ise 0 olarak alg lanmaktad r. > EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory - Silinebilir Programlanabilir Yaln zca Okunur Bellek) RAMlerin elektrik kesildiğinde bilgileri koruyamamas, ROM ve PROMlar n yaln zca bir kez programlanabilmeleri baz uygulamalar için sorun oluşturmuştur. Bu sorunlar n üstesinden gelmek için teknoloji devreye girmiş ve EPROMlar ortaya ç km şt r. EPROM programlay c ayg t yard m ile bir EPROM defalarca programlanabilir, silinebilir. EPROM programlay c, EPROMun üzerindeki kodlanm ş program mor ötesi ş nlar göndererek siler. Yongan n üzerindeki pencere, parlak güneş ş ğ EPROMu kolayca silebileceğinden programlama işleminden sonra EPROMun üzeri bir bantla kapat l r. Çok yönlülükleri, kal c bellek özellikleri ve kolayca yeniden programlanabilirlikleri, EPROMu kişisel bilgisayarlarda s kça kullan l r bir konuma getirmiştir. EPROMun s k rastlanan pratik uygulamalar ndan biri de d şar dan gelen yaz c ve bilgisayarlara Türkçe karakter seti eklemektir. > EEPROM (Electrically Erasable Read Only Memory - Elektiksel Olarak Silinebilen Programlanabilen Yaln zca Okunur Bellek) Şu anda bilgisayar n z n BIOS'unuzun kulland ğ ROM tipi EEPROM'dur. EPROM'a benzer olarak EEPROM'da silinebilir ve yaz labilir. Ad üzerinde, silme işini elektriksel olarak yapabiliyorsunuz. Yani ultraviyole ş ğ n kullanarak bilgileri silmek o kadar zor değil. BIOS'lar EEPROM kullan rlar. Bu sayede ana kart üreticileri güncelleşmiş BIOS'lar n yazabiliyorlar. 10

10 > Flash ROM Bellekler Bu tip haf zalar, bir çeşit EEPROM olmakla birlikte hücreler aras ndaki bağlant lar iç teller ile sağlanmaktad r. Aralar ndaki en önemli fark ise EEPROMa bilgilerin byte byte yaz lmas Flashlara ise bilgilerin sabit bloklar hâlinde yaz lmas d r. Yani haf zlarda her defas nda 512 bytel k bilgi yenilenebilmektedir. Normal EEPROMlarda ise 1 bytel k değişiklik yap labilmektedir. Sabit bloklar 512 bytedan 256 KBa kadar olan bir aral kta değişir. Bu sabit bloklar hâlinde yaz lma özelliğinden dolay Flash Memoryi EEPROMa göre daha h zl çal şmaktad r. EEPROMun silinme işlemi tüm EEPROM için ayn anda yap labilmekte veya blok olarak tabir edilen baz parçalar için silme işlemi tek seferde elektrik alan uygulama sayesinde gerçekleşmektedir. EEPROMlarda olduğu gibi Flash Memorynin de bir yaşam süresi vard r. Bu den kez yazmaya kadar değişebilir. Bütün ROM çeşitlerinin sadece okunabilir olmad ğ n görüyoruz. Bunun sebebi ise gayet aç k: Zamanla ROM içerisindeki bilgiler güncelleştirilme ihtiyac duyduğunda, güvenli yollar ile hiçbir sorun olmad ğ n görüyoruz. Ana kart n z n yeni standartlara aç k olmas n ve bunlar desteklemesi için arada bir güncellenmesi gerekebiliyor Yar İletken Özeliklerine Göre RAM Bellek Çeşitleri SRAM (Static Random Access Memory-Statik Rastgele Erişimli Bellek) SRAM, DRAMden daha h zl ve daha güvenilir olan, ama onun kadar yayg n olmayan bir haf za çeşididir. SRAMlere statik denmesinin sebebi, DRAMlerin ihtiyaç duyduğu tazeleme operasyonuna ihtiyaç duymamalar d r; çünkü elektronik yükü DRAMdaki gibi orijinal konumunda tutan bir depolama hücresi esas na dayanmay p, ak m n belli bir yönde sürekli taş nmas prensibine göre çal ş rlar. SRAMler-genellikle-sadece ön haf za (cache) olarak kullan l r. Bunun alt nda iki temel sebep yatar: > SRAMler DRAMlerden daha h zl d r. > SRAMlerin üretim maliyetlerinin DRAMlerinkine oranla çok daha yüksek olmas. Statik belleklerde mandall röle devreler kullan l r. Röleye voltaj uyguland ğ nda role harekete geçer ve "elektriği iletemez" durumdan "iletir" duruma geçer. Elektrik ak m n n bir k sm röleyi bu hâlde tutmak için kullan l r. Böylece role devresi kap mandal gibi bir kuvvet ya da sinyal gelinceye kadar durumunu korur. Gerekli sinyal geldiğinde elektriği keser ve bu duruma kilitlenir. Böylece bir biti saklamak için gerekli iki durum elde edilmiş olur. Bu özellikteki çok say daki devre bir araya gelerek statik bellek yongas n oluşturur. Statik belleklerde anlat lan bu yap, şimdiki fash belleklerde kullan lan yap ile ayn d r. SRAM Chiplerinin Çeşitleri > VRAM (Video RAM): Bu RAM ekran kartlar için düzenlenmiştir. VRAM ve WRAM ikisi birden çift portlu bellek birimleridir. Bunun anlam işlemci ayn anda her iki bellek çipinin içerisine çizim yapabilmektedir. > WRAM (Windows RAM): WRAM, bellek bloklar n n sadece birkaç komutla daha kolay bir şekilde adreslenmesine izin verir DRAM ( Dynamic Ramdom Access Memory-Dinamik Rastgele Erişimli Haf za) Rastgele erişim ifadesi, bilgisayar n işlemcisini haf zan n ya da verinin tutulduğu bölgenin herhangi bir noktas na direkt olarak erişebileceğini belirtmek için kullan l r. Bu tür haf zalar veriyi tutabilmek için sabit elektrik ak m na ihtiyaç duyarlar. Bu yüzden depolama hücrelerinin her saniyede yüzlerce kez ya da her birkaç milisaniyede bir tazelenmesi yani elektronik yüklerle yeniden yüklenmesi gerekir. DRAMin doğas ndaki dinamiklik buradan gelmektedir. Mikroişlemcilere benzer olarak haf za çipleri de milyonlarca transistör ve kapasitörden oluşan entegre devrelerdir. Genel hâli ile bilgisayar haf zalar nda (DRAM, Dynamic Random Access Memory) bir transistör ve bir kapasitör, birlikte bir haf za hücresini oluştururlar ve tek bir bit bilgiyi temsil ederler. Kapasitör bir bitlik bilgiyi (0 veya 1) tutar, transistör ise bir anahtar görevi görerek bilginin okunmas n veya değiştirilmesini kontrol eder.

11 Kapasitör elektronlar, bir kova şeklinde düşünülebilir. Bir haf za hücresinde 1 bilgisini tutabilmek için kovan n, yani kapasitörün elektronlar ile dolu olmas gerekmektedir. 0 bilgisini haf zada tutmak için ise kovan n, yani ilgili kapasitörün boş olmas gerekmektedir. Buradaki temel problem, kovadaki elektron kay plar d r. Birkaç milisaniye içerisinde kova kay plardan dolay boşalabilmektedir. Bu nedenle dinamik haf zalar n işlevlerini yerine getirebilmeleri için 1 bilgisini tutmas, gereken haf za hücrelerindeki kapasitörlerin CPU veya haf za denetleyicisi (memory controller) taraf ndan sürekli doldurulmas gerekmektedir. Bunun için memory controller haf zay okur ve dolu olmas gerekenlerin sürekli dolu olmas n sağlar. Bu tazeleme işlemi saniyede binlerce kez yap l r. Her haf za hücresinde 1 bitlik veri saklan r. Bu 1 bitlik veri, haf za hücresinde elektriksel bir yük olarak depolanmaktad r. Bulunduğu konumun sat r ve sütun olarak belirtilmesi hâlinde veriye an nda ulaş lmas mümkündür. Ne var ki DRAM, geçici (ya da uçucu, volatile) bir haf za türüdür; yani tutmakta olduğu veriyi elinden kaç rmamas için sürekli elektrik gücüyle beslenmek zorundad r. Güç kesildiği anda RAM deki veri kaybolur. Alg Yükseltici AlgL Yükseltici Şekil 1.7: Bellek hücre yap s RAM hücremizi d şar ya bir vanayla bağl olan bir hazne olarak düşünelim. Verimizi yani hücrelerde saklanan 0 veya 1 değerlerinden birini saklayan bitlerimizi de haznemizin boş ya da dolu olma durumu olarak, suyu ise yine akt ğ n varsayabileceğimiz elektriksel yük yani elektronlar olarak modelleyelim. Bu modele göre; RAM hücrelerimiz, yani küçük su hazneciklerimiz, saklayacaklar veri 0 ise boş, 1 ise dolu oluyor. Bellek tablomuzda bir sütunda yer alan yani dikey olarak komşu olan haznelerin tümü ortak bir boruya bağl d r. Her sütunda bulunan bu ortak borunun elektronikteki karş l ğ bit hatt d r. Bit hatt na her okuma veya yazma işleminden önce ayr bir vana üzerinden su dolduruluyor. Bu borular n bir ucunda, borudaki su seviyesini alg layan alg yükselticisi denilen birimler bulunuyor. Erişim s ras nda, önce adresin gösterdiği sat rdaki bütün hazneleri bulunduklar sütunlardaki ana boruya bağlayan küçük vanalar ayn anda aç l yor ve tüm sat r n saklad ğ veri okunuyor. S ra geliyor bu sat r n hangi sütununun ay klanacağ na. Bunun için bir k sm sat rla ilgili 13

12 işlemlere eş zamanl olarak adresin gösterdiği sütun numaras çözümleniyor. O sütuna ait byte n alg lay c lar na alg la komutu veriliyor ve o byte okunmuş oluyor. Belleklere yazma işlemi de okuma işlemi ile hemen hemen ayn d r. Aires 23-bit Sat ra Adresi Bâi ki3 Sütücüler Al ciu Veri U^* Şekil 1.8: Belleğin blok diyagram Yukar da da belirttiğimiz gibi DRAMe dinamik RAM denmesinin sebebi, veriyi elinde tutabilmek için her saniyede yüzlerce kez tazelenmek ya da yeniden enerji ile doldurulmak zorunda olmas d r. Tazelenmek zorundad r; çünkü haf za hücreleri elektrik yüklerini depolayan minik kondansatör içerecek şekilde dizayn edilmiştir. Bu kondansatörler, kendilerine yeniden enerji verilmediği taktirde yüklerini k sa sürede kaybedecek olan çok minik enerji kaynaklar olarak görev yaparlar. Ayn zamanda haf za dizisinden birinin al nmas ya da okunmas süreci de bu yüklerin h zla tüketilmesine katk da bulunur; bu yüzden haf za hücreleri verinin okunmas ndan önce elektrikle yüklenmiş olmalar gerekir. DRAMlerin bellek tasar mc lar na çekici gelmesinin, özellikle de bellek büyük olduğu zaman, çeşitli nedenleri vard r. En önemli üç nedeni şöyle s ralayabiliriz: 1. Yüksek Yoğunluk: Tek bir yonga içine daha çok bellek hücresi (transistör ve kondansatör) yerleştirilebilir ve bir bellek modülünü uygulamaya koymak için gerekli olan bellek yongalar n n say s azd r. Bu yüzden caziptir. 2. Düşük Güç Tüketimi:Dinamik RAMin bit baş na güç tüketimi, static RAMle karş laşt r ld ğ nda oldukça düşüktür. 3. Ekonomi:Dinamik RAM, static RAMden daha ucuzdur. 14

13 FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM-H zl Sayfa Modu DRAM) Bellek bir çok sat r ve sütundan oluşan bir dizi gibi düşünülebilir. Sat r ve sütunlar n kesiştiği yerlerde bellek hücreleri bulunur. Bellek kontrolcüsü belleğin içindeki herhangi bir yere ulaşmak için o yerin hem sat r hem de sütun olarak adresini vermek zorundad r. DRAM dizinindeki bir yeri okumak için ilk önce sat r, sonra da sütunu seçmek için elektrik sinyali gönderir. Bu sinyallerin bir dengeye kavuşmas bir miktar zaman al r. Bu süre içinde de verilere ulaş lamaz. Fast Page Mode (k saca FMP) RAMler bu süreci h zland rmak için okuyacağ n z bir sonraki verinin ayn sat r n bir sonraki sütununda olduğunu varsayar. Çoğu zaman bu varsay m doğrudur ve bu da sat r sinyalinin dengeye kavuşmas n beklemeye gerek kalmad ğ anlam na gelir. Resim 1.3: FPM DRAM Ama işlemci verileri çok h zl istemeye başlarsa bu yöntemin güvenilirliği azal r (33 MHzin üstünde çal şan işlemciler için bu durum geçerlidir). Çünkü bu h zlarda adres sinyalleri kararl duruma gelecek kadar uzun zaman bulamazlar. Bu sorunu çözmek için EDO RAMler geliştirilmiştir. FPM DRAM, EDORAMler duyurulmadan önce, bilgisayar sistemleri için geleneksel belleklerin yerini tutmaktayd. FPM, 2, 4, 8, 16 veya 32 MBlik SIMM modüllerine yerleştirilmiştir. Tipik olarak 60 veya 70 nslik versiyonlar bulunmaktad r EDO DRAM (Extended Data OutGenişletilmiş Veri Ç k ş ) EDO RAMler belleğe erişim süresini daha da k saltmak ve bu arada da güvenilirlik sorununu çözmek üzere geliştirilmiştir. Resim 1.4: EDO DRAM EDO belleklerin performans, yüzde beş ile on civar nda art rd ğ görülmektedir. FPM RAMlerin güvenilirlik sorununu çözmek için EDO RAMlerde ç k şa bir dizi ikincil bellek hücreleri eklenir. Bu ikincil hücreler okunmak için veri istediği zaman bu verileri al r ve CPUnun güvenilir bir şekilde okumas na yetecek kadar uzun bir süre saklarlar. Bu teknikle 50 MHze kadar bus h zlar için (mikroişlemci değil, bus h z ) güvenilir ve h zl bir okuma yapabilir. Bu h z n da üzeri için daha fazla ek devreye ihtiyaç vard r. Burst EDO RAM olarak adland r lan bir teknikle CPUnun, örneğin, birbiri ard s ra gelen ilk dört adresi okumak istediği varsay l r ve bu adreslerdeki bilgiler al n r. Bu yöntemle 66Mhzlik bus h zlar nda bile çal ş labilir. 72-pin SIMM konfigürasyonu EDO RAMin genelde 60 nslik versiyonlar sat l r. Günümüzde kullan lmamaya başlanm şt r. 15

14 SDRAM (Senkronize DRAM) SDRAM 1996 y l n n sonlar na doğru sistemlerde görülmeye başland. Daha önceki teknolojilerden farkl olarak kendisini işlemcinin zaman ile senkronize edecek şekilde tasarlanm şt r. Bu da bellek kontrolcüsünün istenilen verinin ne zaman haz r olacağ n kesin olarak bilmesini sağl yordu. Böylece işlemcinin bellek erişimleri s ras nda daha az beklemesi sağland. SDRAM modülleri kullan lacaklar sisteme göre farkl h zlarda üretilmektedirler. Böylece sistemin saat h z ile en iyi biçimde senkronize olmaktad rlar. Örnek olarak PC66 SDRAM 66MHz'de çal ş r, PC100 SDRAM 100MHz'de çal ş r, PC133 SDRAM 133MHz'de çal ş r. 100 ve 133 sistem veri yolu h z n gösterir. Resim 1.5: SDRAM bellek Bellekler, dizeler ve sütunlardan oluşan hücrelerden oluşur. Bilgiler bu hücrelerdeki dizelere ve sütunlara kaydedilir.. Bir bilgi işleneceği zaman bu dize ve sütunlara erişim yap l r.bir bilginin işlenirken toplam üç farkl gecikme yaşan r. Bunlar RAS, RAS-to-CAS ve CAS t r. RAS (Row Address Strobe) : Aranan bilginin kay tl olduğu dizeye ulaş rken yaşanan gecikmedir. CAS (Column Adress Strobe): Bilginin kay tl olduğu sütuna ulaş l rken yaşanan gecikmedir. RAS-to-CAS : Bilginin var olduğu dizeden sütuna geçerken yaşanan gecikmedir DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) DDR SDRAM teknolojisi gelecek vaat eden bir bellek teknolojisidir. Teorik olarak DDR SDRAM bellekler, SDRAM belleğin sun,duğu bant genişliğinin iki kat n sunuyor. Ad ndan da anlaş lacağ üzere yine senkronize yani sistem veri yolu h z ile ayn h zda çal şmaktad r. Bant genişliğini iki kat na ç karan özellik ise saat vuruşlar n n yükselen ve alçalan noktalar ndan bilgi okuyabilme yeteneğinin olmas d r. SDRAM'da ise bilgi alma yönü saat vuruşlar n n yükselen noktalar ndand r. Buradan yola ç karak teorik olarak 133 MHz h za sahip olan DDR bellek 266 MHz h za sahip olan SD bellek ile ayn performans verecektir. 16

15 SDRAM'e benzer olarak DDR SDRAM'de yap s için DIMM modüllerini kullan r. DIMM'in yap s gereği, geniş veri ç k ş ve h z sunan 64 bit'lik veri bağlant s kullan l r. Buna rağmen DDR SDRAM'ler günümüzdeki SDRAM kontrolcüleri ile uyumlu değildir. DDR SDRAM'leri kullanabilmek için çipset ve anakart üreticilerinin DDR SDRAM için uyumlu ayg tlar n üretmeleri gerekmektedir. DDR SDRAM bellek türüne ihtiyaç duyulmas n n nedeni, sistem veri yolu h zlar n n işlemcilerin çal şma frekanslar n n çok gerisinde kalmas d r. Günümüz işlemcilerinin veri işleme h zlar n n çok yüksek olmas çok h zl bellekleri de beraberinde getirmiştir. DDR RAM'in faydalar n şöyle s ralayabiliriz: > DDR belleğin yüksek veri transferi oran sayesinde performans art ş, DDR RAM'in sunduğu veri bant genişliği SDRAM'den daha fazlad r. 100 MHzde çal şan SDRAM 800 MB/sn bellek bant genişliği sunarken, yine 100 MHzde çal şan DDR RAMin her saat vuruşunun hem yükselen hem de alçalan taraf nda veri okuyabilmesi sonucunda sunduğu bellek bant genişliği ise 1600 MB/sndir. > Grafik ağ rl kl dosyalar kullan l rken daha iyi performans sağlar. > Dijital ve multimedya ortamlarda daha net grafikler elde edilr. DIMM DDR SDRAM bellekler SDRAMlerle hemen hemen ayn büyüklükte olsa da tak ld ğ soket 168 pinden 184 pine ç kar ld ğ için DDR belleklerle beraber yeni ana kartlarda üretilmeye başlanm şt r. Resim 1.6: DDRAM çeşitleri 17

16 DDR RAM şu an her saat vurusunda 2 veri paketi değil, 4 veri paketi okuyabilmektedir. Bu da bellek bant genişliğini 4,8 GB/sn gibi çok yüksek bir rakama ulaşt r yor. Üretim maliyeti olarakta SDRAMlerden pek bir fark olmayan DDR RAM'ler, geniş veri yolu gerektiren multimedya uygulamalar nda çok olumlu sonuçlar vermiştir. Grafik işlemciyle bellek aras ndaki veri yolu yetersizliği DDR RAMlerle aş lm şt r. DDR RAM belleklerin sağlad ğ geniş veri yolu, ekran kartlar n n en yüksek çözünürlüklerde bile performans kayb na uğramadan görüntü oluşturmalar na imkân sağl yor. DDR SDRAM geleneksel SDRAM gibi "paralel veri yolu" mimarisini kullan r, fakat daha az güç harcar. DDR SDRAMlerin isimlendirmesi ise iki şekilde olmaktad : H z na göre ve sunduğu bant genişliğine göre. H za göre isimlendirilenler: Örneğin DDR266 veya DDR ve 333 gibi ifadeler, bu DDR SDRAM'lerin maksimum s ras yla 266 ve 333 MHzde çal şmak için üretildiğini belirtir. H za göre isimlendirme, hat rlama ve kullanma aç s ndan daha kolay. Ve genelde h za göre isimlendirme kullan l yor. Diğer taraftan ise bant genişliğine göre adland r lanlar da vard r. Örneğin 266 MHzde çal şan bir DDR SDRAMin, bir diğer ifadeyle DDR266nin, sunduğu maksimum bant genişliği 2100 MB/sndir. PC2100 DDR SDRAM şeklinde isimlendirilir DRD RAM ( Direct Rambus DRAM) Resim 1.7: DRD RAM çeşitleri RDRAM, yenilikçi bir bellek teknolojisine sahiptir. 16 bit geniş bir veri yolu h z sunan Direct Rambus Kanal bellek h z n n 400 Mhz'e kadar ç kmas na olanak tan yor. DDR SDRAM gibi çift tarafl okuma yapabileceğinden bu h z 800 Mhz'e eşit oluyor. DIMM modüllerini kullanan SDRAM ve DDR SDRAM'in 64 bit veri yolu bağlant s kulland ğ ndan bahsetmiştik. Fakat RDRAM 16 bitlik bir veriyolu üzerinde çal ş yor. Veri yolu genişliği daha dar olmas na rağmen daha fazla bant genişliğine izin vermektedir. Bu da Rambus'un çal şt ğ h za bağl d r. Zira daha dar veri yolu genişliği daha fazla h za imkân tan yor. Teorik olarak RAMBUS 1,6GBps değerinde bir bant genişliği sunabiliyor. 18

17 SLD RAM Art k eskimiş bir teknoloji. SLDRAM, bir grup DRAM üreticisinin 1990lar n sonlar nda Direct Rambus teknolojisine alternatif olarak geliştirdiği bir teknolojiydi Diğer RAM Çeşitleri > EDRAM (Enhanced DRAM) Geliştirilmiş DRAM, ana karttaki L2 (seviye 2) standart DRAM ve SRAM' n yerini almaktad r. 35 ns DRAM içerisine 256 bayt 15 ns SRAM eklenmesi ile oluşturulmuştur. SRAM 256 bayt haf za sayfas n n tamam n bir defada alabildiği için h za gereksiniminiz olduğunda 15ns erişim h z verir (aksi halde 35 ns). Çip seti -haf za gereksinimlerini ay rmak için SIC ç ipi L2 cache'in yerini almaktad r. Sistem performans %40 civar nda artar. EDRAM, ipin kalan olmadan istekleri kabul eden ve tamamlayan ayr bir yazma rotas na sahiptir. > Bedo RAM (Burst Edo RAM) Burst teknolojisiyle EDO RAMin bir kombinasyonudur. Her türlü ana karta olmaz. Burst EDO DRAM, bir geçiş aşamas ve 2-bit burst sayac bulunan bir EDO DRAM' dir. BEDO ve EDO aras ndaki farkl l k döngülerdir; yani OKUMA ve YAZMA dört türlü burstlarda meydana gelir. BEDO, FP DRAMe göre yüzde yüz, EDO DRAMe göre de %33-50 oran nda performans art ş sağlar. Günümüzdeki birçok DRAM tabanl haf za sistemleri, daha yüksek bant genişliğinin avantajlar ndan faydalanmak için burst yönlendirmeli erişimler kullan rlar. FP ve EDO gibi klasik DRAMler sayesinde başlat c bir kumanda ile DRAMe erişir. Kumanda verilerin başlat c ya gönderilmeden önce haz r olmas n beklemelidir. Fakat Burst EDO bekleme aşamas n ortadan kald rarak sistem performans n art r r Modül Yap s na Göre RAM Bellek Çeşitleri Ana kartlar m zdaki bellek soketlerine yerleştirdiğimiz bask devreleri, ana karta bağland klar veri yolunun genişliğine göre DIMM (Dual Inline Memory Module) ve SIMM (Single Inline Memory Module) gibi k saltmalarla adland r yoruz. Bugünlerde en popüler olan, üzerinde genellikle bant genişliği yüksek ve dolay s yla daha geniş veri yoluna ihtiyaç duyan DDR bellek yongalar n bar nd ran DIMM'lerdir. Dizüstü bilgisayarlarda kullan lan DIMM'ler fazla yer kaplamamalar için küçük olduklar ndan SO-DIMM (Small Outline Dual Inline Memory Module) yani küçük izdüşümlü RAM ad n al yorlar SIMM ler (Single Inline Memory Module) Üzerinde alt n/kurşun temas noktalar ve diğer bellek cihazlar n n bulunduğu bask l devre levhas d r. SIMMler ile bellek yongalar modüler devre plakalar üzerine yerleştirilerek ana kart üzerindeki bellek yuvalar na tak l p ç kart labiliyordu. SIMM kullan c ya iki avantaj sunar: Kolay montaj ve ana kart üzerinde az yer kaplama. Dik olarak yerleştirilen SIMM, yatay olarak yerleştirilen DIMMden daha az yer kaplar. Bir SIMM üzerinde 30 ile 200 aras nda pin bulunur. SIMMin bir yüzeyinde bulunan kurşun lehimler, elektriksel olarak birbirine bağl olacak şekilde yerleştirilmiştir. İlk SIMMler bir defada 8 bit veri aktarabiliyordu. Daha sonralar işlemciler verileri 32 bitlik veriler hâlinde okumaya başlay nca bir kerede 32 bit veri sağlayabilen daha geniş SIMMler geliştirildi. Bu iki farkl SIMM türünü birbirinden ay rabilmenin en kolay yolu, pin ya da konnektörlerin say s na bakmakt r. İlk SIMMler de 30 pin vard r. Daha sonra üretilen SIMMler de ise 72 pin bulunmaktad r. Bu yüzden 30-pin SIMM ve 72-pin SIMM

18 şeklinde de adland r l rlar. M-phıSMM M^ Şekil 2.4: Pin yap lar na göre SIMMler 30-pin SIMM ve 72-pin SIMM aras ndaki bir diğer önemli fark da; 72-pin SIMMin 30-pin SIMMden 1,9 cm kadar uzundur ve pinlerin olduğu k s mda plakan n ortas nda bir çentik vard r. Aşağ daki resimde iki farkl SIMM tipi görülmektedir.

19 (a) Şekil 2.5: (a) 72 pin SIMM (b) 30 pin SIMM DIMM ler (Dual In-line Memory Module) DIMM, SIMMe oldukça benzemektedir. T pk SIMMler gibi birçok DIMM belleklerde yuvalar na dikey olarak yerleştirilir. İki bellek türü aras ndaki temel fark: SIMMde PCBnin iki yüzündeki pinlerin elektrik temas n birlikte almas, DIMMde ise PCBnin iki yüzündeki pinlerin elektrik temas n ayr ayr almas d r. 168-pin DIMMler, bir defada 64 bit veri aktar m yaparlar ve genellikle 64-bit ya da geniş veri yolunu destekleyen sitemlerde kullan l rlar. 168-pin DIMMler ile 72-pin SIMMler aras nda baz fiziksel farklar şöyle s ralanabilir: Modül uzunluğu, modül üzerindeki çentik say s, modülün yuvaya tak lma biçimi. Bir diğer önemli fark olarak da 72- pin SIMMlerin yuvaya hafif bir aç ile yerleştirilmesi, buna karş n 168-pin DIMMlerin bellek yuvas na tam olarak oturmas ve ana kart yüzeyine göre tam dik konumda olmas d r. Aşağ daki resimde 168-pin DIMM ve 72-pin SIMM aras ndaki fark gösterilmektedir SODIMM ler Genellikle notebook bilgisayarlarda kullan lan bellek tipine Small Outline DIMM ya da k saca SO DIMM ad verilir. DIMM ile SO DIMM aras ndaki fark, ad ndan da anlaş lacağ gibi SO DIMMin notebook bilgisayarlarda kullan lacağ için standart DIMMden daha küçük olmas d r. 72-pin SO DIMM 32 biti ve 144-pin SO DIMM 64 biti destekler.

20 Ön Bellek (CACHE MEMORY) Ön bellek, işlemcinin hemen yan nda bulunan ve ana belleğe oranla çok düşük kapasiteye (genellikle 1MB'dan az) sahip olan bir yap d r. Cache bellek, işlemcinin s k kulland ğ veri ve uygulamalara en h zl biçimde ulaşmas n sağlamak üzere tasarlanm şt r. İşlemcinin ön belleğe erişmesi, ana belleğe erişmesine oranla çok k sa bir süredir. Eğer aranan bilgi, ön bellekte yoksa işlemci ana belleğe başvurur. Bunu şöyle aç klayabiliriz: Yiyecek bir şeyler almak için markete gitmeden önce buzdolab n kontrol edersiniz, eğer istediğiniz yiyecek dolapta varsa markete gitmezsiniz, yoksa bile olup olmad ğ n anlamak sizin bir an n z al r. Ön bellek kullan m nda tüm programlar, bilgiler ve veriler için geçerli olan temel prensip "80/20" kural d r. %20 oran ndaki hemen kullan lan veri ve işlem zaman n n %80'ini kullan r. Bu %20'lik veri e-posta silmek ya da göndermek için şifre girme, sabit diske dosya kaydetme ya da klavyede hangi tuşlar kullanmakta olduğunuz gibi bilgileri içermektedir. Bunun tersi olarak geri kalan %80'lik veri de işlem zaman n n %20'sini kullan r. Ön bellek sayesinde, işlemci tekrar tekrar yapt ğ işlemler için zaman kaybetmez.

21 (Sdconûary Lsvrt 2) Şekil 2.8: Ön bellekler yerleşimi Ön bellek, adeta işlemcinin "top 10" listesi gibi çal ş r. Bellek kontrolörü, işlemciden gelen istemleri önbelleğe kaydeder. İşlemci her istemde bulunduğunda ön belleğe kaydedilir ve en fazla yap lan istem listenin en üstüne yerleşir. Buna "cache hit" ad verilir. Ön bellek dolduğunda ve işlemciden yeni istem geldiğinde sistem, uzun süredir kullan lmayan (listenin en alt ndaki) kayd siler ve yeni istemi kaydeder. Böylece sürekli kullan lan işlemler, daima ön bellekte tutulur ve az kullan lan işlemler ön bellekten silinir. Günümüzde birçok ön bellek işlemci yongas üzerine yerleştirilmiş olarak sat lmaktad r. Bunun yan s ra ön bellek, işlemci üzerinde ana kart üzerinde ve/veya anakart üzerinde işlemci yak n nda bulunan, ön bellek modülünü bar nd ran ön bellek soketi hâlinde de bulunabilir. Ne şekilde yerleştirilmiş olursa olsun ön bellek, işlemciye yak nl ğ na göre farkl seviyeler ile adland r l r. Örneğin, işlemciye en yak n ön bellek Level 1 (L1-Birincil Ön Bellek-Primary Cache), bir sonraki Level 2 (L2-İkincil Ön Bellek-Secondary Cache), sonraki L3 biçiminde adland r l r. Bilgisayarlarda ön bellekler d ş nda da, ön belleğe alma işlemi yap l r. Şimdi şunu merak ediyor olabilirsiniz, ön bellek madem bu kadar yararl bir yap, neden bütün belleklerde kullan lm yor? Bunun bir tek sebebi var. Ön belleklerde SRAM bellek yongalar kullan l r. Bu yongalar hem çok pahal d rlar hem de belleklerde şu anda kullan lan DRAM'e k yasland ğ nda ayn hacimde daha az veri depolayabilmektedir. Ön bellek sistemin performans n art r r; ancak bu işlevi belli bir noktaya kadar sürdürebilir. Ön 30

22 belleğin sisteme as l faydas, s k yap lan işlemleri kaydetmektir. Daha yüksek kapasiteli önbellek, daha fazla veri depolayabilecektir; ancak s k kullan lan işlemlerin say s s n rl d r. Yani belli bir seviyeden sonra önbelleğin geri kalan kapasitesi, arada s rada kullan lan işlemleri depolamak için kullan l r. Bunun da sisteme ve kullan c ya hiçbir faydas olmaz Özel Boyutlular > RIMM işlemci üretici firmalar CPUlar n n saat h z nda GHz s n r n çoktan aşm şt r. Bu üreticilerden Intel yeni işlemcisini tasarlarken daha önceleri üzerinde oynayarak yeni işlemciler ç kard ğ temel Pentium Pro çekirdeğini rafa kald rm ş, nerdeyse s f rdan x86 çekirdeği geliştirmiştir. Yeni işlemci gelişirken GHz mertebesindeki CPU saat h z na RAMlerin yetişmesinin imkâns z olduğunu görmüş ve RAM modül mimarisinde yenilik getirmenin yollar n aram şt r. Sonunda yeni işlemci ve Rambus belleğini geliştirmiştir. Bu yeni bellekler, yeni bir modül üzerine yerleştirilmiş ve ad RIMM olmuştur. RIMMler DIMMlere benzerler; ancak pin say lar ve çentik yap lar farkl d r. RIMMler, verileri 16-bitlik paketler hâlinde aktar rlar. H zl erişim ve aktar m h z nedeniyle modüller daha fazla s n r. Modülün ve yongalar n aş r s nmas n önlemek için RIMM modüllerinde modülün her iki yüzünü kaplayan s dağ t c s ad verilen alüminyum k l f kullan l r. > SO-RIMM, SO DIMMe benzer; fakat Rambus teknolojisi kullan larak üretilmiştir. > C-RIMM RIMM sonland r c olarak tan mlanabilir. RDRAM tabanl sisteminizde bulunan RIMM slotlar na RDRAMlar takt ktan sonra boş kalan slotlara C-RIMM modüllerini takmal s n z. Bu sayede, RDRAM sinyalleri sonland r lacak ve sistemin çal şmas için uygun bir ortam oluşmuş olacakt r. Eğer RIMM slotlar n n hepsi dolu ise, C- RIMM modüllerine gerek kalmayacakt r. Eğer boşta RIMM modülleri var ise, C-RIMM modüllerini kullanmak zorundas n z. Resim 2.1: RIMM bellek 31

23 28B Şekil 2.9: RIMM ve C- RIMM bellek modüllerinin yerleştirilmesi

24

25 35

26