Bellek Birimleri

Konu Anlatımı

Bellek Birimleri

1. Ne Öğreneceğiz ve Ön Bilgi

Dijital bir sistemde işlenen bütün bilgiler 0 ve 1 biçiminde saklanır. Bu bilgiyi tutan, adresle erişilen düzenli depolama birimine bellek denir. Belleğin en küçük tuttuğu birime hücre adı verilir; her hücre bir bit bilgi taşır ve sekiz hücre bir araya geldiğinde bir bayt oluşur. Hücreler bir dizi hâlinde sıralandığı için her birine bir numara verilebilir. Bu numara o hücrenin adresidir; okuma ve yazma işlemleri adres üzerinden yapılır.

Bu konuda iki büyük bellek ailesini ve bunların alt türlerini tanıyoruz. Birinci aile, içeriği üretim ya da programlama aşamasında belirlenen ve kalıcı olan yalnızca okunur ve programlanabilir belleklerdir. İkinci aile ise okuma ve yazma işlemine her an açık, ancak içeriği yalnız besleme sürdüğü sürece saklayan rastgele erişimli geçici belleklerdir.

Ön bilgi olarak ikili sayı sisteminde 2'nin üslerini, adres ve veri hatlarının görevini, temel lojik kapıları ve sayısal dönüşüm ilkelerini bilmek yeterlidir. Daha önce öğrenilen flip-flop ve yazmaç devreleri, bellek hücresinin nasıl gerçekleştirilebileceğini anlamak için yardımcı olur.

2. Temel Kavramlar ve Sınıflandırma

Bellekler iki ölçütle sınıflandırılır: içeriğin çalışma sırasında yazılıp silinebilir olup olmadığı ve besleme kesildiğinde saklanıp saklanmadığı. İçeriği koruyan türlere kalıcı bellek, yalnız besleme varken duran türlere geçici bellek adı verilir. Müfredatta karşılaşılan temel türler şunlardır.

• ROM: içeriği çip üretilirken yerleştirilir, sonradan değiştirilemez. Sabit program, lojik tablo ve karakter üreteci uygulamalarında kullanılır.
• PROM: içeriği kullanıcı tarafından bir kez yazılır, yazma işlemi bittikten sonra içerik sabitlenir.
• EPROM: içeriği ultraviyole ışıkla temizlenip yeniden yazılabilir, temizleme bütün çip yüzeyini kapsar.
• EEPROM: hücreleri elektriksel olarak, byte byte silinip yazılabilir; besleme kesilse de veri kalır.
• Flash bellek: EEPROM çeşididir, silme ve yazma işlemini blok blok yapar ve çok daha hızlıdır.
• RAM: okuma ve yazma serbesttir, çalışma gerilimi kesilince içerik kaybolur. SRAM ve DRAM olmak üzere ikiye ayrılır.

ROM ile RAM arasındaki temel ayrım yazma hakkıdır. ROM ailesinde içerik üretim veya programlama aşamasında belirlenir, RAM'de ise her an yazılabilir. Buna karşılık ikisi de rastgele erişimlidir: istenen adrese diğer adresleri tek tek saymadan doğrudan ulaşılır. Ayrımın ölçülebilir yanı erişim süresi, kapasite ve veri yolu genişliğidir.

3. Basit Örnek ve Adım Adım Çözüm

Bir belleğin kaç adres satırına ihtiyaç duyduğunu bulmak için adreslenebilen hücre sayısının kaç olduğunu saptamamız gerekir. Bellek düzeni 2 üzeri n ile yazıldığında n değeri doğrudan adres biti sayısını verir. Adres satırı sayısı bir arttığında adreslenebilen en büyük adres iki katına çıkar; yani kapasite artışı sabit adımlarla değil, iki katlayan adımlarla olur.

Örnek olarak 8 KiB x 8 düzeninde bir bellek seçilmiş olsun. Bu bellek 8192 hücreye sahiptir. 8192 sayısının iki tabanındaki karşılığı 13 olduğundan belleğe 13 adres satırı bağlanır. Veri tarafında ise her adres için bir bayt geldiği için 8 veri hattı bulunur. Böylece belleğin toplam sinyal bacakları adres ve veri hatlarının toplamıdır.

4. İleri Örnek ve Saha Uygulaması

Sahada en sık görülen uygulamalardan biri, tek belleğin yetmediği bir devrede birden çok belleği bir arada kullanmaktır. Bu işlem adres çoğullayıcı denen bir çözücü devreyle yapılır. Çoğullayıcı, gelen adres satırlarını karşılaştırarak yalnız seçilen belleğe ait seçim sinyalini etkin yapar. Böylece aynı veri yoluna bağlı bellekler ayrı adres aralıklarına oturur.

1. Adres uzayını belleklere bölüp her belleğe ayrı bir adres aralığı verilir.
2. Aralıkları ayırmak için bir üst seviye adres satırı çoğullayıcıya götürülür.
3. Her belleğin veri hatları ortak veri yoluna bağlanır, yalnız seçili olan çıkışı sürer.
4. Programcı, adres hesabını yaparken hangi aralığın hangi belleğe karşılık geldiğini veri tablosunda tutar.

Bir başka saha uygulaması da ürün yazılımının saklanmasıdır. Cihazın üretim sonrasında değişmemesi gereken yazılımı PROM tipi bir belleğe bir kez yazılır. Parametre gibi sık değişen küçük veri kümesi ise EEPROM'da tutulur; böylece kalıcı veri ile değişken veri aynı kartta ayrı ayrı saklanabilir.

5. Karşılaştırma Tablosu ve Denetim

Aynı kartta birden çok bellek kullanılacaksa seçim kararı bir karşılaştırma tablosuna dayandırılır. Aşağıdaki tablo, sınıflandırmanın temel ölçütlerini yan yana koyar.

RAM tarafında SRAM ile DRAM karşılaştırması da sık yapılır. SRAM flip-flop hücreleriyle çalıştığı için hızlıdır, yenileme istemez ve hücre başına çok yer kaplar. DRAM kapasitif hücre kullanır, yoğunluğu yüksektir, ucuzdur ve düzenli yenileme gerektirir. Bu nedenle önbellek SRAM, ana bellek ise DRAM ile kurulur.

6. Sık Yapılan Hatalar, Özet ve Kendini Dene

En sık yapılan hata, kalıcı bellek ile geçici belleği birbirine karıştırmaktır. İkisi de adresle erişilen depolama birimi olduğu için dış görünüşleri benzerdir; oysa biri besleme kesildiğinde içeriğini korurken diğeri koruyamaz. İkinci hata, kapasite ile adres satırı sayısı arasındaki ilişkiyi atlamaktır. Kapasite arttıkça adres satırı sayısı da artar ve artış adımları hâlinde iki katına çıkar. Üçüncü hata ise veri hattı sayısını adres satırı sayısıyla karıştırmaktır.

• Okuma ve yazma yapabilen belleğin her zaman kalıcı olduğu sanılır; oysa RAM geçici bir bellektir.
• Adres satırı sayısı arttıkça kapasitenin doğrusal arttığı düşünülür; gerçekte iki katlayan bir artış vardır.
• EEPROM ile Flash arasındaki fark gözden kaçar; ikisi de elektriksel silme yapar, fark silme birimidir.
• Erişim süresi ile bant genişliği aynı ölçü sanılır; biri tek adres süresi, diğeri birim zamandaki veri miktarıdır.

Özetle bellek, ikili bilgiyi adresle erişilen hücrelerde saklar. Yalnızca okunur ve programlanabilir türler kalıcıdır ve içerikleri üretim ya da programlama aşamasında belirlenir. Rastgele erişimli bellek okuma ve yazmaya açıktır ama içeriğini besleme sırasında korur. SRAM ve DRAM iki temel yapıdır. Kapasite adreslenebilen hücre sayısıdır, adres satırı sayısı bu sayının iki üssüdür ve erişim süresi bir adrese ulaşmanın zamansal ölçüsüdür.

Temrin ve Uygulama Notları

1.36 DAC ve ADC Devreleri

8 bitlik DAC dijital değeri analog gerilime çevirir; 8 bitlik ADC analog gerilimi dijital değere dönüştürür. ADC uygulamasında 1 V ile 4,5 V arasında giriş gerilimi kullanılır. Verilen dijital girişe karşılık gelen analog gerilim, tam ölçek değerine oranla hesaplanır.

Sınavda: DAC ve ADC'nin işlevlerinin karşılaştırılması ve dijital değerden analog gerilimin hesaplanması sorulabilir.