10. HAFTA BLM 221 MANTIK DEVRELERİ Prof Dr Mehmet AKBABA mehmetakbaba@karabuk.edu.tr
Temel Kavramlar BELLEK (HAFIZA) DEVRELERİ Belleklerde Kullanılan Terimler ve Yapılan Temel İşlemler Rastgele Erişimli Bellek (Random Access Memory-RAM) Sıralı Erişimli Bellek (Sequential Access Memory - SAM) Oku / Yaz Bellekler (Read / Write Memory - RWM) Yalnızca Okunabilen Bellekler (Read Only Memory-ROM) Statik Bellek Elemanları (Static Memory Devices) Dinamik Bellek Elemanları (Dinamic Memory Devices) Dahili / Ana Bellek (Internal / Main Memory) Harici / Yedek Bellek (External or Auxiliary Memory) Genel Bellek İşlemleri Bellekleri Sınıflandırılması Bellek Yetkilendirme Bellek Ölçülerinin Genişletilmesi Bellek Kelime Uzunluğunun Genişletilmesi Bellek Adres Bölgesi Sayısının Arttırılması 2
Bilgisayarlarda ve programlar ile çalısan endüstriyel devrelerde kullanılan programların veya programların çalıstırılması sırasında islenen verilerin ikili bir yapıda saklanması amacıyla kullanılan devreler veya elemanlar, bellek / hafıza devreleri olarak isimlendirilir. Diğer bir deyisle; bilgilerin geçici veya daimi olarak saklandığı birimler bellek devreleri olarak isimlendirilir. Bilgisayarın bir elemanı olduğu dijital sistemlerin analog sistemlere üstünlüklerinden birisi, büyük hacimli bilgileri küçük alanlarda uzun süreli saklayabilme özelliğidir. 3
Dijital sistemlerde bellek elemanı olarak; flip-flop lar (FF), FF larin değisik bağlantısıyla olusturulan kaydedici devreleri (yarı iletken elemanlar), kondansatör ve bilgi saklama kapasiteli diğer elektronik elemanlar / devreler (manyetik elemanlar / ortamlar) kullanılır. Bellek devresinin sayısal sistemin içinde bulunduğu durumlarda yarı iletken bellekler kullanılırken, bilgilerin tasınması istenen durumlarda manyetik veya optik belleklerden faydalanılır. Hızlı bellek elemanları olan FF ler ve kaydediciler yardımıyla, bilgilerin birimler arasında hızlı olarak transferi mümkündür. Bilgisayarlarda dahili olarak yapılan islemlerde yaygın olarak kullanılan FF li kaydedicilerin yanında, küçük güç tüketiminin gerektiği yerlerde bellek olarak kondansatörler kullanılabilir. 4
Yarı iletken elemanlardan olusan FF temelli bellekler, hızın önemli olduğu yerlerde ana bellek olarak kullanılır. Dahili olarak kullanılan ana bellek devresi, bilgisayar programının çalısması ve programın çalısma sırasında gerekli verilerin sağlanması islemlerine yardımcı olur. Bu durumda bellekler konusunda yeni terimler olusur. Bellek çesitlerini genel olarak inceledikten sonra, bellekler ile ilgili temel terimleri açıklayalım. Yapıldıkları malzeme sekline göre; yarı iletken, optik bellekler ve manyetik bellekler olarak gruplandırılabilen bellekler, yerlestirildiği yer olarak; dahili ve harici bellekler, yaptıkları islemler açısından; ana bellek ve yardımcı bellek olarak, bellek bölgesine erisim sekline göre; rasgele veya sıralı erisimli bellekler olarak gruplandırılabilir. 5
Bilgisayar merkezi islem birimi (CPU) ile doğrudan irtibatlı, bilgisayara dahili olarak yerlestirilen, temelde yarı iletken elemanların olusturduğu bellek devreleri; yerlestirildikleri yer olarak dahili bellek, yaptıkları islem nedeniyle ana bellek olarak isimlendirilir. Çok büyük hacimli bilgilerin saklanması amacıyla kullanılan ve genelde bilgisayarın dısında olusturulan bellek elemanları, yerlestirildikleri yer nedeniyle harici bellek olarak isimlendirilirken, yaptıkları islem açısından yardımcı/yedek bellek olarak isimlendirilirler. Yardımcı bellekte saklanan bilgiler, bilgisayarın ihtiyacı olduğu anlarda bilgisayara yüklenerek kullanılırlar. 6
Yardımcı bellek olarak; manyetik disk veya manyetik teyp, floppy disketler, manyetik kabarcıklı bellekler (magnetik bubble memory - MBM) veya birlesik diskler (compact disks - CD) kullanılır. Bit basına maliyeti dahili belleklere göre daha ucuz olan harici (yardımcı) bellekler, çok uzun süreli bilgi saklamada tercih edilirler. Manyetik bilgi saklama prensibine göre çalısan, ancak yarı iletken yapıya sahip manyetik kabarcıklı bellekler (MBM ler) yavas çalısmaları nedeni ile dahili bellek olarak kullanılamazlar. Şekil de dahili / ana belleklerin hız ve kapasite açısından karsılastırılması görülmektedir. 7
Şekil 1. 8
Farklı yapı ve farklı kullanım yerlerine sahip bellekleri, Şekil 2 deki gruplar altında inceleyerek, her grubun temel özelliklerini açıklayalım. Bununla beraber, önce kullanacağımız terimleri, kavramları ve belleklerde yapılan temel işlemleri tanımlayalım 9
Şekil 2 10
Belleklerde Kullanılan Terimler ve Yapılan Temel İşlemler: Bellekler ile ilgili temel terimleri açıklamak / anlamak, bellek ile ilgili islemlerin daha iyi anlasılmasına yardımcı olacaktır. Bit : 0 veya 1 değerini alabilen ikili sayı BİT (Binary Digit) olarak isimlendirilir. BİT, sayısal sistemlerde en küçük bilgi birimidir. Nibble : Dört bitin bir araya gelerek olusturduğu bilgi grubu nibble olarak isimlendirilir (Şekil b). Bir bayt, dört bitlik iki gruba ayrılabilir ve her grup nibble olarak adlandırılır. 11
Bayt (Byte) : 8 bitlik bilginin açıklanması için kullanılan özel terim. Bazı kaynaklarda, nadirende olsa, bayt terimi farklı uzunluklardaki bitleri tanımlamak için kullanılsa da, genel kabul baytın 8 bit olduğudur. Bellek kelimesi (Memory Word) : Aynı tip verileri veya bir komutu temsil etmek amacıyla kullanılan bir bellek içerisindeki bir grup bit. 16 bitlik bir kelimeyi saklamak amacıyla kullanılan 16 F-F nin olusturduğu kaydedici, bellek kelimesi için örnek olabilir. Bellek kelimesi uzunluğu, bilgisayarların ölçüsüne bağlı olarak 4 bit- 64 bit arasında değişir. Bununla beraber genel kabul, 16 bit yani iki baytlık bilginin kelime (word) olarak isimlendirilmesi şeklindedir. 12
Bellek Hücresi (Memory Cell) : Tek bir bitlik bilgiyi (0 veya 1) saklayabilmek için kullanılan eleman, devre veya cihaz. Bellek hücresine örnek olarak; bir FF, şarj edilmiş bir kondansatör, manyetik teyp veya disketteki tek bir spot verilebilir. Bellek Dizisi (Memory Array) : Bellek hücrelerinin bir araya gelerek olusturduğu yapı. Bellek hücreleri dizileri olustururken farklı kombinasyonlarda bir araya gelebilirler. Bellek dizilerinde, hücrelerin yan yana bir araya gelerek olusturduğu yapı satır, düşey doğrultuda bir araya gelerek oluşturduğu yapı sütun olarak isimlendirilir. 13
64 hücreden oluşan bir bellek farklı şekillerde organize edilebilir. Hücrelerin kare olacak şekilde bir araya gelmesi ile 8x8 dizi oluşur ve toplam 64 bitlik bellek kapasitesini belirtir (Şekil a). Aynı sayıda hücre, 16x4 dizi oluşturacak sekilde (Şekil.b) veya 64x1 dizi şeklinde yerleştirilebilir (Şekil.c). 14
Bellek hücrelerinin farklı kombinasyonlar ile dizi şeklinde düzenlenmesi 15
Kapasite (Capacity) : Tüm bellek sisteminde veya belirli bir elemanda saklanabilecek bit sayısını belirtmek için kullanılan terim. Bir bellegin kapasitesi, 2 10 =1024 biti ifade eden 1K kısaltması ile açıklanabilir. Bu durumda, 4Kx20 bir bellek ile 4096x20 bitlik kapasiteli bellek ifade edilir. Daha büyük kapasiteli belleklerin geliştirilmesi ile, 2 20 =1.048.576 biti ifade eden 1 Mega-1M ve 2 30 =1024 M biti ifade eden 1Gega-1G sınıflandırılmaları yapılmıştır. Yapılan sınıflandırmaya göre, 2Mx8 bir bellek ile, 2.097.152x8 bitlik kapasiteli bellek ifade edilmektedir. Adresler (Address) : Bellek dizisinde bir hücrenin veya kelimenin bulunduğu bölgeyi / yeri ifade eden sayı. 16
Bir bellek elemanı veya sistemde saklanan her bir hücre / kelime belirli bir adrese sahiptir. Örneğin; Şekil.a da bulunan hücrenin adresi satır ve sütun olarak ifade edilir (satır 5, sütun 4). Şekil.b de bulunan hücrelerin adresi ise yalnızca 3. satır olarak tanımlanır. Bu açıklamalardan, bellek adresini tanımlama şeklinin bellek organizasyonu ile ilişkili olduğu sonucunu çıkarabiliriz. 17
18
Adresler sekizli, onlu veya onaltılı olarak ifade edilseler de, ikili sayılar ile açıklanırlar. Şekil de sekiz kelimeyi saklamak amacıyla kullanılan ve her bir kelimenin saklandığı adresin 3-bitlik ikili sayıyla temsil edildiği bellek yapısı görülmektedir. Bellekteki belirli bir kelime bölgesinden bahsettiğimiz zaman, bölgeyi tanımlamak için kullanılan adres kodunu kullanırız. Adres kodları belleklerde bulunan adres hatları ile belleğin adres girişlerine uygulanır. 19
Adresler Bilgi 000 Kelime 0 Herbir kelime belirli bir ikili adrese sahiptir 001 Kelime 1 010 Kelime 2 100 Kelime 3 100 Kelime 4 101 Kelime 5 110 Kelime ö 111 Kelime 7 20
Yollar / Taşıtlar (Buses) : Mikroişlemcili bir sistem içerisindeki birimler veya mikroişlemcili sistem ile çevre elemanları arasında iletişimi sağlayan hatlar. Birimler arasında iletişimi sağlayan ve yol veya taşıt olarak adlandırılan hatlar, veri iletişimi amacıyla kullanılıyorsa, veri yolu olarak isimlendirilir. Veri yolu ile tek yönlü veya çift yönlü iletişim mümkündür. Veriler 8 bitten oluşuyor ise veri yolunda 8 hat bulunur. Veri yolunda 8, 16 veya 32 hat bulunabilir. 21
22
Bellekler üzerinde yapılan işlemleri belirlemek ve belleği yetkilendirmek amacıyla kullanılan bilgileri taşıyan hatlar, kontrol yolu olarak tanımlanır. Belleklerde kontrol yolunda bulunan hat sayısı; belleğin çeşidine, kapasitesine, yapısına, vb. özelliklere bağlı olarak değişir. Belleklerin adreslerini temsil eden bilgileri taşıyan hatlar, adres yolu olarak isimlendirilir. Adres yolundan gelen adres bilgileri, adres kod çözücü devrelerde çözülerek, bellekte ilgili bölgenin seçilmesini sağlar. Adres yolunda bulunan hatların sayısı, bellek kapasitesi ile ilişkilidir. 4 hatlık yoldan gelen bilgi ile 16 bellek bölgesi tanımlanabilirken (2 4 =16), 8 hat ile 256 bellek bölgesi temsil edilebilir (2 8 =256) ve 16 adres hattı ile 64K (2 16 =65.536=64K) bellek bölgesi adreslenebilir. 23
Okuma İşlemi (Read Operation) : Belirli bir bellek adresinde saklanan ikili bilginin belirlenip, farklı bir elemana aktarılması işlemi. Şekil deki 2 nolu bellek kelimesini kullanmak istediğimiz zaman, 010 nolu adreste okuma işlemi gerçekleştirmemiz gerekir. Okuma islemi, bazı durumlarda kelimenin bellekten alınması nedeniyle alma (fetch) olarak ta adlandırılır. Bir bellek bölgesinde bulunan veriyi okumak için, adres kaydedicisinde bulunan ve verinin okunacağı bellek bölgesini (adresi) temsil eden bilgiler adres yolu üzerine yerleştirilir. Adres yolu üzerindeki veri, adres kod çözücü tarafından çözülerek ilgili adres bölgesi bulunur. 24
OKU (READ) komutu ile, bulunan adres bölgesindeki verinin kopyası veri yolu üzerine yerleştirilir ve veri kaydedicisine depolanır. Bellek bölgesinden veri okunması işleminde, bellekte bulunan veride bir değişiklik olmaz. 25
Adres kaydedici Yer kaydedici 26
27
Yazma İşlemi (Write Operation) : Belirli bir bellek bölgesine yeni bir bilginin yerleştirilmesi veya bir adres bölgesinde saklanan bilgilerin yeni bilgilerle yer değiştirmesi işlemi denir. Bir bellek bölgesine verinin konulabilmesi için, adres kaydedicisindeki değer adres yolu üzerine yerleştirilir. Adres yolu üzerindeki değer, adres kod çözücü tarafından çözülür ve ilgili bellek bölgesi seçilir. Bu arada YAZ komutu işleme konularak, veri kaydedicisinde bulunan veri seçilen bellek bölgesine yerleştirilir. Bir bellek bölgesine YAZ komutu ile yeni bir bilgi yazılması, eski bilginin kaybolmasına neden olur. 28
29
Erişim Zamanı (Access Time) : Bir bellek elemanının işlem hızı ölçüsüdür ve bir okuma işlemini gerçekleştirmek için gerekli toplam zamanı ifade eder. Diğer bir deyişle; bir belleğin yeni bir adres bilgisi alması ile verinin bellek çıkısında hazır olduğu durum arasında geçen süre, Erişim zamanı - t ACC olarak isimlendirilir. Uçucu Bellek (Volatile Memory) : Saklama işlemi için elektrik enerjisinin gerektiği bellek tipi. Elektrik kaynağının kesilmesi ile bellekte saklanan tüm bilgi silinir. Yarı iletken belleklerin çoğu uçucu iken, tüm manyetik bellekler uçucu olmayan (nonvolatile) özelliğe sahiptirler. 30
Rastgele Erişimli Bellek (Random Access Memory-RAM): Okuma veya yazma işlemi sırasında bellek bölgesine erişim için, çalışılan bellek bölgesinin konumunun hiçbir etkisinin olmadığı bellek türü. Diğer bir değişle, tüm bellek bölgeleri için okuma veya yazma işlemi erişim zamanının aynı olduğu bellek çeşidi. Yarı iletken ve manyetik nüveli belleklerin çoğu RAM dır 31
Sıralı Erişimli Bellek (Sequential Access Memory - SAM) : Erişim zamanının çalışılan bellek bölgesinin konumuna bağlı olarak değisim gösterdiği bellek türü. Bir bilgi, bilginin saklandığı adrese kadar ki tüm bellek bölgelerinin sırası ile kat edilmesi sonucunda bulunur. Bu işlem, RAM tipi belleklere göre çok daha uzun bir erişim zamanı gerektirir. SAM tipi belleklere örnek olarak manyetik teyp ler, disk ve manyetik kabarcıklı bellekler gösterilebilir. Bu tip belleklerdeki işlem, içinde şarkılar bulunan bir kasette istediğimiz bir şarkıya erişmek için yaptığımız hızlı erişim islemine benzetilebilir. İstediğimiz şarkıya erişim zamanı kasetlerde şarkının kaydedildiği bölgeye bağlı olduğu gibi SAM belleklerde biligiye erişim, bilginin bulunduğu yere bağımlıdır. 32
Oku / Yaz Bellekler (Read / Write Memory R/WM) : Okuma ve yazma işlemlerinin benzer işlem aşamaları ile gerçekleştirildigi her hangi bir bellek türü. Bilgilerin yazılıp, daha sonra okunabildikleri tüm bellek çeşitlerine verilen genel ad. RAM bellekler bu gruba girer. 33
Yalnızca Okunabilen Bellekler (Read Only Memory-ROM): Yazma işleminin yalnızca bir kere ve üreticiler (üretici firma) tarafından gerçekleştirildiği bellek türü. ROM bellekteki bilgiler istenilen sayıda okunabilir. Yazma işleminin bir kereden fazla gerçekleştirilebildiği ROM tiplerinde; yazma işlemi okuma işlemine göre çok daha karmaşık olduğundan, yazma işlemi çok sık olarak yapılmaz. Çok değişik türlerinin bulunduğu ROM belleklerin hepsi uçucu olmayan tiptedir ve elektrik enerjisi kesilse dahi bilgiler saklanmaya devam eder. 34
Statik Bellek Elemanları (Static Memory Devices) : Saklanan bilginin elektrik enerjisi uygulandığı sürece yeniden yazmaya (tazelemeye) gerek olmadan saklandığı yarı iletken bellek elemanları. Dinamik Bellek Elemanları (Dinamic Memory Devices) : Saklanan bilginin uzun süre sabit olarak saklanamadığı, elektrik enerjisi uygulanması yanında, bilginin belirli aralıklarla tazelenmesini (refresh) gerektiren bellek türü. 35
Dahili / Ana Bellek (Internal / Main Memory) : Komutların ve CPU nun üzerinde çalıstığı verilerin saklandığı, bilgisayarın ana belleği (Main memory). Dahili bellekler, bilgisayarlarda bulunan en hızlı belleklerdir ve genellikle yarı iletken elemanlarından yapılırlar. Bilgisayarlarda bulunan RAM bellekler, dahili belleklerdir. 36
Harici / Yedek Bellek (External or Auxiliary Memory) : Genellikle bilgisayarın dışında bulunan ve yavaş çalışan bellek türü. Yardımcı bellek olarak ta isimlendirilen bu tip bellekte, dahili belleğe göre çok daha büyük hacimli bilgiler saklanabilir. Dahili belleklere göre daha yavaş olan bu bellekler, uçucu olmayan özelliktedirler. Manyetik teypler ve diskler yaygın olarak kullanılan yardımcı bellek türleridirler. Temel terimleri özetledikten sonra, belleklerde yapılan genel islemleri inceleyelim. 37
Genel Bellek İşlemleri Bellek işlemleri her bir bellek tipi için farklı olsa da, genel işlemlerin prensipleri tüm bellek çeşitleri için aynıdır. Genel olan işlemleri açıklamak, belirli tip bellek elemanlarındaki işlemleri anlamaya yardımcı olacaktır. Önce bellek işlemlerini gerçekleştirmek için gerekli giriş / çıkış işlemlerini özetleyelim. 1. Okuma veya yazma işlemi için erişilecek adresi seç, 2. Okuma veya yazma işlemini seç, 3. Yazma işlemi ise, bellekte saklanacak bilgiyi sağla, 38
4. Okuma işlemi ise, bellekten gelen veriyi çıkış terminallerinde tut, 5. Adres girişlerine ve oku / yaz komutlarına cevap vermek için belleğin yetkilendirme girişini uygun sinyal ile uyar. Okuma/Yazma işlemlerinden uygun olanın seçilmesi için R/W girişine ve entegrenin seçilmesi için entegre seçme (Chip Select) girişine uygun sinyallerin uygulanması gerekir. Bu işlemleri gerçekleştirmek için bellek entegresine Tablo 3.1 de özetlenen sinyaller uygulanır. 39
40
Entegre seçme girişinin (CS) aktif olmaması durumunda entegrede hiçbir işlem yapılmaz. CS girişinin aktif olması ile, okuma veya yazma işlemlerinden birisi seçilebilir.bellek entegresindeki işlemler, Merkezi İşlem Birimi (MİB (CPU)) veya bellek yönetim birimi (MMU) gibi harici kontrol birimleri tarafından kontrol edilir. Kontrol işleminde MİB tetikleme sinyali değil, bellek entegresine kontrol sinyallerinin uygulama zamanları referans alınır. Bununla beraber, okuma ve yazma işlemleri sistem tetikleme (saat) sinyali ile senkronize edilir. Bunun anlamı; bellek entegresi erişim zamanının ve okuma/ yazma işlemlerinin belirli sayıda saat sinyali periyodu için MİB ile uyumlu çalışmasıdır. 41
Örnek olarak; 50 MHz tetikleme frekansı ile çalışan, her bir saat periyodunun 20 nsn (1 nsn = 10-9 sn) olduğu MBB de; erişim zamanının 65 nsn ve yazma zamanının 75 nsn olması durumunda oluşan olayları inceleyelim. Belleğe erişim için harcanan toplam periyot süresinin erişim zamanından büyük (veya en azından eşit) olması gereklidir. MBB saat periyodunun 20 nsn ve erişim zamanının 75 nsn olması nedeni ile gerekli periyot sayısı dört olarak bulunur. Sekil 9 da, 50 MHz MBB saat sinyali ile birlikte 75 nsn yazma saykıl zamanı ve 65 nsn erişim zamanına sahip bellek entegresinin bellek saykıl zamanlama şeması görülmektedir. MBB yerine MİB olmalı 42
Şekil.a da her biri 20 nsn lik T1, T2, T3 ve T4 saykılları sırasında gerçekleştirilen yazma işlemi detaylandırılmaktadır. Yazma işleminde, MBB tarafından adres ve veri girişi sağlanır. T1 sinyalinin yükselen kenarına bellek entegresi yetkilendirilir ve adres entegreye uygulanır. T2 saykılının yükselen kenarında ise, yazılacak veri entegreye uygulanır. T2 saykılı sırasında, R/W pininde oluşan değişiklik okuma işleminin yapılması için gerekli bilgiyi sağlar. Yanlış değerlerin yazılmasına engel olmak için, veriler adres bilgisinden sonra uygulanır ve R/W sinyali belirli bir süre 0 değerinde tutulur. R/W sinyali 1 değerine değiştikten sonra adres ve veri bilgilerinin belirli bir süre daha devam etmesi gerekir. 5 nsn lik bu süre, yeni kontrol sinyalleri ile yeni T1 sinyalinin işlem yapmasını sağlar. 43
Şekil b de, adres ve bellek yetkilendirme sinyallerinin uygulandığı okuma işlemi gösterilmektedir. T1 sinyalinin yükselen kenarında adres ve bellek yetkilendirme sinyalleri entegreye uygulanır. Adres ve bellek yetkilendirme sinyali uygulandıktan 65 nsn (nano saniye) sonra erişilen bellek bölgesindeki bilgi veri yolunda gözükür. Bu veri, bir sonraki T1 sinyali sırasında sistemde bulunan kaydedicilere aktarılır. 44
45
Bellek işlemlerini gerçekleştirmek için, bellek entegrelerinin uygun giriş / çıkış ayaklarına (pinlerine) sahip olması gerekir. Şekil.a da 32 adet 4 bitlik bilgiyi saklama kapasitesine sahip, 32x4 bir belleğin basitleştirilmiş temel işlevleri gösterilmektedir. Açıklanan eleman 4 bitlik olduğundan, İ0-İ3 giriş hatlarına ve Q0-Q3 çıkıs hatlarına sahiptir. Yazma işlemi sırasında bilgiler veri girişleri yardımıyla belleğe yüklenirken, okuma islemi sırasında bellekten okunan bilgiler veri çıkışlarından alınır. Bellek entegresinde bulunan bağlantıları kısaca özetleyelim. 46
Adres Girişleri : Bellek 32 kelimeyi depoladığından dolayı, 00000 dan 11111 e kadarki ikili sayılarla ifade edilen 32 farklı adrese, diğer bir deyişle 32 bilgi saklama bölgesine sahiptir. Adres bölgelerinden herhangi birisine erişmek için, A0-A4 ile temsil edilen adres girişlerine 5 bitlik adres kodu uygulanır. Genelde, 2 N kelime saklama kapasitesine sahip bir belleğin, N sayıda adres girişinin olması gerekir. Bu adres girişleri yardımıyla ulaşılabilen bellek bölgelerine farklı bilgiler yazılabilir veya bu bölgelerde bulunan bilgiler okunabilir (Şekil.b). R/W- Girişi : R/W- giriş hattı, bellekte yapılacak oku / yaz işlemini belirler. Bazı entegrelerin ayrı-ayrı girişler ile belirlediği bu işlemler, tek bir girişin kullanıldığı durumlarda; R/W1=1 olması ile okuma işlemi, R/W1=0 olması ile yazma işlemi gerçekleştirir. 47
Bellek Yetkilendirme : Birçok bellek sistemi, sistemin tümünün veya bir kısmının girişlere karşı tepkisiz kalmasını sağlayan bellek yetkilendirme (Memory Enable-ME) girişine sahiptir. Farklı bellek entegrelerinde farklı isimlerle temsil edilen bu girişe uygun sinyal uygulanması ile, belleğin R/W ve adres girişlerine karşı tepkisiz olması sağlanır. Yetkilendirme girişi, belleklerin bir araya gelerek büyük bellek sistemlerini oluşturduğu düzeneklerde önemli bir işleve sahiptir. 48
49
Bellek entegreleri sahip oldukları özelliklere ve kapasitelerine göre farklı sayıda veri giriş/çıkış ve adres giriş hatlarına sahip olabilirler. Örneğin; 4Kx8 kapasitesinde bir belleğin; a) Sahip olacağı veri giriş ve veri çıkış hatlar sayısını, b) Sahip olacağı adres hattı sayısını, c) Byte olarak sahip olacağı saklama kapasitesini bulalım. 50
İstenilen değerleri sırası ile bulacak olursak; a) Kelime uzunluğu 8 bit olduğundan, veri giriş ve veri çıkısları 8 hatta sahip olmalıdır. b) Bellek 4K bilgi saklayabildiğinden; 4 x 1024 = 4096 kelime saklama kapasitesine sahiptir. 4096 bellek adresi olması gerektiğinden, 4096=2 12 eşitliğinden 12-bit adres kodu olması sonucunu buluruz. c) 1 Byte = 8 bit olduğundan, bellek 4096 Byte saklama kapasitesine sahiptir. 51
Burada kısaca açıkladığımız bellek sistemlerinde kullanılan yollar (buses), belleğin bilgisayarların içerisinde kullanıldığı durumlarda bellek ile CPU arasında haberleşme sağlarken, haberleşme sırasında taşıdıkları bilgiye göre isimlendirilirler. Daha önce açıklandığı üzere; taşınılan bilgiye göre üç tip yol ortaya çıkar: veri yolu (data bus), adres yolu (address bus) ve kontrol yolu (control bus). CPU nun gerçekleştireceği okuma / yazma işleminde önemli bir rol oynayan üç tip yol vardır. Yolların her birisi farklı sayıda hattı içerir ve hatların sayısı kullanıldığı sisteme göre değişiklik gösterir. 52
Adres Yolu (Address Bus) : Tek yönlü bu adres yolu ile, CPU nun ikili adres çıkışları bellek entegresine taşınır. Veri Yolu (Data Bus) : Çift yönlü bu veri yolu ile, CPU ile bellek arasında veri akışını sağlar. Kontrol Yolu (Control Bus) : Kontrol yolu ile, kontrol sinyalleri (R/Wı, ME, vb.) CPU dan bellek entegrelerine taşınır. Bellekleri Sınıflandırılması Bellekleri yapılarına göre inceleyip, bu inceleme sırasında diğer gruplardaki bellekleri yapılarına göre açıklayalım; a) Manyetik bellekler, b) Optik bellekler, c) Yarı iletken bellekler, olarak üç grup altında incelenebilir. 53
Manyetik Bellekler Manyetik bellekler, saklama işleminin manyetik olarak gerçekleştirildiği ve bilgilerin geçici olmayacak şekilde (nonvolatile) tutulduğu bellek türleridir. Çeşitli yapı şekillerine sahip manyetik bellekler alt gruplara ayırarak açıklanacaktır. 54
Optik Disk Bellekler Optik disk bellekler, yeni bir bellek teknolojisidir ve piyasada etkin (dominant) olmaya aday gözükmektedir. Çalışma prensibi, çok ince lazer ışınının disk üzerinde yansıması ve scattering işlemine dayanır. Disket üzerinde yanma olayı sonucu oluşan mikroskobik çukurlar (pits) 1 değerini, düzlükler (lands) ise 0 değerini temsil etmek için kullanılır. Spiral olarak hareket eden izler ile temsil edilen veriler, eski plakalarda olduğu gibi, lazer ışınları tarafından pikaplardaki iğnenin sesi okuması gibi okunur. 55
Okunan bilginin yönü içeriden dışarıya doğrudur. Önemli bir özelliği çok yüksek bilgi saklama kapasitesi olan optik disk belleklerde, erişim zamanı ve veri transfer oranı hard disklerle kıyaslanacak kadar iyi bir durumdadır. Bu bellekler, yazılabilmeleri durumuna göre farklı isimlerle anılırlar. Yalnızca okunabilen diskler, optik ROM (Optical ROM-OROM) veya kompakt disk-rom (Compact Disk ROM-CD ROM) olarak adlandırılırlar. Daha geniş bellek kapasitesine sahip optik diskler ise, çok yönlü dijital disk-dvd olarak adlandırılır. Bu tip bellekler, çok büyük programları veya sözlük / ansiklopedi gibi geniş hacimli bilgileri saklamada kullanılırlar. Optik disk bellekleri; CD ler ve DVD ler başlıkları altında incelenebilir. 56
Yarı İletken Bellekler Bilgisayarlarda ana bellek olarak kullanılan ve çeşitli entegreler şeklinde imal edilen yarı iletken bellekleri baslıca iki grupta toplayabiliriz. a) Yalnız okunabilen bellekler (Read Only Memories-ROM ) b) Okunabilen / yazılabilen bellekler (Read / Write Memories - RWM) 57
Yarı iletken bellek çeşitleri 58
Bellek Ölçülerinin Genişletilmesi Bellekler, her bir adreste saklanan kelime uzunluğu (bit sayısı) veya saklanabilecek kelime miktarı açısından genişletilebilirler. Her iki genişletme işlemini birlikte yapmakta mümkündür. Bellek Kelime Uzunluğunun Genişletilmesi Bir bellekte saklanabilecek kelimenin uzunluğunu arttırmak için, veri yolundaki bitlerin (hatların) sayısını arttırmak gereklidir. Örneğin; elimizde bulunan 4 bit kelime uzunluğuna sahip bellek entegreleri ile, 8 bitlik kelime uzunluğuna sahip bellekler üretmek mümkündür. 59
60
Bellek Adres Bölgesi Sayısının Arttırılması Belleklerde saklanabilecek kelime sayısının arttırılması için, adres sayısının arttırılması gereklidir. Adres sayısının arttırılması için ise, adresleri temsil eden ve adres kod çözücüsüne uygulanan bitlerin sayısının arttırılması gerekir. Adres bit sayısının arttırılması entegrelerin birlikte kullanılması ve entegrelerin uygun şekilde seçilmesi ile sağlanır. Birbirinden bağımsız olarak kullanılabilen 256x4 ROM bellekleri kullanarak, 512x4 kapasitesinde bir bellek oluşturalım. 61
Kullanılan 256x4 ölçüsündeki belleklerde, 256 adet adres bölgesi bulunur ve bölgeleri temsil etmek amacı ile 8 bit kullanılır. Oluşturulmak istenen 512x4 kapasitesindeki yeni bellekte ise, 9 adet adres hattı bulunması gerekir. 9. adres hattı olarak, bellek entegresinin yetkilendirme girişi kullanılır ve yetkilendirme girişi ile uygun olan entegre aktif hale getirilir. Yetkilendirme girişi ile aktif hale getirilen entegredeki bellek bölgeleri seçilir ve seçilen adres bölgelerine erişilebilir. İki belleğin bir arada kullanılması ile Şekil deki lojik bağlantı ortaya çıkar. Oluşan yeni devrede, veri taşıtında dört hat bulunur ve her bir adres bölgesinde dört bitlik bilgi kaydedilebilir. Bunun anlamı; adres bölgelerinde bellekte saklanan kelime uzunluğunda bir değişiklik yoktur. 62
63
Kaynakça 1.Hüseyin EKİZ, Mantık Devreleri, Değişim Yayınları, 4. Baskı, 2005 2.Thomas L. Floyd, Digital Fundamentals, Prentice-Hall Inc. New Jersey, 2006 3.M. Morris Mano, Michael D. Ciletti, Digital Design, Prentice-Hall, Inc.,New Jersey, 1997 4.Hüseyin Demirel, Dijital Elektronik, Birsen Yayınevi, İstanbul, 2012 64
Teşekkür Ederim Sağlıklı ve mutlu bir hafta geçirmeniz temennisiyle, iyi çalışmalar dilerim 65