Random Access Memory=Rasgele Erişimli Bellek

Bilgisayarda verilerin geçici olarak depolandığı hafıza birimidir. CPU'nun ihtiyaç duyduğu kodları sakladığı için hızlı ve kapasitesinin çok olması performansa doğrudan etki edecektir. Rasgele erişimli olması sayesinde belleğin sıra gözetmeksizin istenen adresindeki veriler okunup yazılabilir.

Disk, CDROM ve I/O portlarından gelen ve giden veriler geçici olarak RAM üzerinde işlenmek üzere tutulur. RAMler üzerindeki bilgiyi tutabilmeleri için elektrik enerjisine ihtiyaç duyarlar. Elektrik enerjisi kesildiğinde üzerlerindeki verilerde kaybolur. Örneğin bir kelime işlem programını(word, lotus) kullanırken yazılan her şey RAM'e aktarılır. Kullanıcı onu diske kaydedene kadar RAM de kalır. Şimdi 1 sayfa yazılmış ve diske kaydedilmemiş farzedelim. Bu bir sayfa RAM de tutulacaktır. Tam bu sırada elektrik kesilse yazdığımız her şey(1 sayfa) kaybolacaktır. Önemli RAM üreticilerinden Kingston, HiLevel, Corsair, Bigboy ve Twinmos sayılabilir.

RAM'in yapısı

RAM'ler dinamik hafıza yapısına sahiptir. Her bir hafıza hücresi(bir bit depolayan), bir adet yarı iletken kondansatör ve transistordan meydana gelmiştir. Kondansatör bilgi depolar, transistor ise bilginin okunması ve değiştirilmesi için kullanılır. Elektrik yükü prensibi ile çalışır. Veriler elektrik yükleri ile temsil edilerek hafızada tutulur. Kondansatörde elektrik yükü varsa 1 yoksa 0 kabul edilir.

Kondansatörler iki plaka arasına yalıtkan malzeme konulmasıyla elde edilir. Plakaların alanının(A) büyük olması ve plakalar arası uzaklığın(d) küçük olması, depolayacağı elektrik yükü miktarını artırır. Kondansatörler uçlarına gerlim uygulandığında sığası kadar yükü depolar. Uçlarına bir yük bağlandığında ise sahip oldukları elektrik yükünü boşaltırlar. Sığa ne kadar büyükse, o kadar uzun sürede deşarj olurlar. Bir kondansatör uçlarına herhangi bir yük bağlanmasa da zamanla boşalır. Yarı iletken malzemelerden yapılan ve boyutları çok çok küçük olan kondansatör yapılar saniyede binlerce kez, yapıları gereği, boşalmaları lazımdır. Ama hafıza kontrol devresi(memory controller) yardımıyla hafıza hücresindeki yük boşalmadan tekrar şarj edilirler. Bu yapılarından dolayı dinamik bellek olarak adlandırılırlar.

RAM, her bir hücresi bir transistor ve kapasitordan oluşan 2 boyutlu(satır ve sütunlardan oluşan) matris yapıya sahiptir. Hücreler şarj edilirken hücre hücre değil, satır satır edilir. Verileri tazeleme oranı(refresh rate) satır bazında değerlendirilir. Örneğin 2K tazeleme oranına sahip bir bellekte 2048 adet satır tazeleniyor demektir.

RAM, her bir hücresi bir transistor ve kapasitordan oluşan 2 boyutlu(satır ve sütunlardan oluşan) matris yapıya sahiptir. Hücreler şarj edilirken hücre hücre değil, satır satır edilir. Verileri tazeleme oranı(refresh rate) satır bazında değerlendirilir. Örneğin 2K tazeleme oranına sahip bir bellekte 2048 adet satır tazeleniyor demektir.

RAM hafıza yapılarıyla ilgili tanımlamalar(1)

Şimdi RAM hafıza yapıları ile ilgili önemli tanımlamaları ve parametre isimlerini verelim.

Precharge: Okuma ve yazma öncesi hafıza gözlerinin şarj edilmesi için kullanılan bir terimdir.

CAS(Column Address Strobe) Latency(Sütun Adresleme Darbe Gecikmesi): SDRAM üzerinde istenen bir sütunun adreslenmesi için harcanan darbe işaret(clock cycle) sayısıdır. Gecikmeyi ifade eder. CL2(CAS2) ifadesi, 2 saat darbesinde, CL3(CAS3), 3 saat darbesinde gerçekleştiği anlamına gelmektedir. Gecikme ne kadar az ise bellek o kadar hızlıdır.

RAS(Row Address Strobe) Latency(Satır Adresleme Darbe Gecikmesi): CAS gibi SDRAM üzerinde istenen bir satırın aktif olabilmesi için gereken darbe işaret sayısıdır. Az olması belleğin hızlı olduğunu gösterir.

RAS to CAS: RAS ve CAS işlemleri arasındaki bekleme darbe miktarını gösterir. Veri depolama performansı ile ilgilidir.

RAS Precharge: Precharge ve aktif komutları arasındaki darbe işareti cinsinden zaman farkını gösterir. Precharge komutu RAM'i meşgul gösterirken aktif komutu ise RAM'in okuma yazmaya açık olduğunu gösterir. Precharge durumundaki bir hafıza gözü okuma ve yazma işlemlerine tepki gösteremez.

Activ to Precharge: Aktif ve precharge durumları arasındaki toplam geçen süredir ve maksimum değeri aşağıdaki eşitlikle bulunur.

Active to Precharge = CAS + Rast o CAS + RAS Precharge

NOT: RAM'in performansına ilişkin verilen, bekleme süreleri aşağıdaki formatta sunulur. Rakamların düşük olması RAM'in hızlı olduğunu gösterir.

RAM hafıza yapılarıyla ilgili tanımlamalar(2)

SPD(Serial Presence Detect): RAM üzerinde bulunan ve içerisinde RAM le ilgili zamanlama ve frekans parametrelerini tutan EEPROM hafıza yapıdır. Amaç bilgisayar açıldığında BIOS'a RAM'i tanıtmaktır.

Bank: Hafıza soket veya modüllerinden oluşan sanal bir birimdir. Bir bellek 2 veya daha fazla banka sahip olabilir. Günümüzde bellekler daha çok 4 banka sahiptir. Hafızada bir bilgiye ulaşmak için bank, satır ve sütun adreslerinin bilinmesi gerekmektedir. Burada amaç eş zamanlı olarak bir bankta veriler işlenirken diğer bank aynı anda tazelenebilmektedir(şarj). Bu işlem dolayısıyla bant genişliğini ve performansı artırmaktadır.

Bursting: Hafızaya ardışık veri aktarımı veya hafızadan ardışık veri transferi sırasında her bir hafıza gözünün okunması veya yazılması için onay verilmesini beklemeden belirli uzunluktaki(burst length) verinin transferini gerçekleştirmeyi sağlar. Bu teknikle performans artmış olur.

Günümüzde DDR SDRAM(double-data-rate synchronous dynamic random access memory), DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM ve SDRAM yapıda hafıza ürünleri kullanılmaktadır. Anakartın desteğine göre RAM seçimi yapılmalıdır.

Bilgisayarda RAM ihtiyacı olduğunda işletim sistemi tarafından HDD üzerinde RAM gibi kullanılmak üzere virtual memory(sanal bellek) diye adlandırılan bir alan ayrılır. Bundan sonra bu alan, ek RAM olarak kullanılır. Bu durum tüm açık uygulamalarda gözle görülür bir yavaşlamaya hatta donmalara neden olur. Bir işlemci RAM'i 200 ns'de işlerse HDD ayrılan bu alanı 12.000.000 ns'de işler. Bu demektir ki; işlemci RAM üzerinden 3.5 dakikada bitirdiği aynı işi, HDD ile 4.5 ayda bitirecekti.

SD RAM ve DDR SDRAM

SDRAM(Synchronous Dynamic RAM): 64 bit veri genişliğine sahiptir. Günümüz bellek yapılarından en az band genişliğine sahiptir. DDR çeşit RAM' lerin temelini oluşturur ve onlardan en az iki kat yavaş çalışır. Dinamik bellek yapısındadır. 168 pine sahiptir.

DDR SDRAM: 64 bit veri genişliğine sahiptir. Veri transferi için, saat(clock) işaretinin alçalan ve yükselen kenarlarını kullanan yapıya sahip, SDRAM çeşididir. Dolayısıyla SDRAM' e göre iki kat hızlıdır. 184pin yapıdadır.

DDR2 SDRAM

DDR2 SDRAM: 64 bit veri genişliğine sahiptir. DDR SDRAM ile aynı yapıda olup aynı saat hızında çalışırlar. Aralarındaki fark latency(istenen adrese ulaşmak için harcanan zaman) değerinin DDR da daha büyük olması ve daha fazla güç gereksinimidir. Ayrıca burada belleğin, I/O bus frekansı DDR'a göre iki katı hızda çalışmaktadır. 240 pin yapıya sahiptir.

DDR3 SDRAM

DDR3 SDRAM: 64 bit veri genişliğine sahiptir. DDR yapıya sahiptir. Fakat en az güç gereksinimine sahiptir. DDR2 ye göre dahili geçici hafıza miktarı büyüktür. DDR3' ün, I/O bus frekansı DDR2'ye göre iki katı hızda çalışmaktadır. 240 pin yapıya sahiptir.

RAM Parametreleri

Kapasite: Bir bilgisayarda performansı artırmanın en temel kuralı ne kadar RAM o kadar performans demektir. Ayrıca benchmark(performans) testlerinde işletim sistemi ve veritabanı yönetim sistemleri daha fazla RAM miktarlarında disk erişiminin azaldığı ve hafızaya daha fazla verinin alınarak kullanıldığı görülmüştür. Böylece çalışan veya çalıştırılacak olan uygulamaların tepki süresi kısalır. (Kingston 2007).

Bilgisayar kullanımı sırasında uzun süre beklemeler, HDD'nin, kullanıcının neden olduğu disk işlemi olmadan sürekli çalışması, uygulamaların uzun yanıt verme süreleri veya bir uygulamanın diğerleri kapatılmadan çalışmaması gibi durumlar RAM yetersizliğinin belirtileridir. Bilgisayara eklenecek RAM miktarı işletim sistemine göre değişiklik arz eder. Mesela ihtiyaç duyulan RAM miktarı açısından Win98<WinXP dır. Daha sonra ise bilgisayar üzerinde kullanılacak uygulamalar baz alınarak RAM miktarı belirlenir. 3 boyutlu oyunlar, çizim programları, resim düzenleme programları, tasarım programları en fazla kapasite miktarına ihtiyaç duyan uygulamalardır.

Hız: Bir işlemci RAM üzerindeki veriye ihtiyaç duyduğunda hafıza kontrol devresine(MCH=Memory Control Hub) istekte bulunur. MCH bu isteği RAM'e aktarır ve MCH veri okunmaya hazır olduğunda bunu CPU'ya rapor eder. CPU-MCH-RAM-MCH-CPU arasında gerçekleşen bu işlemler RAM'in ve veriyolunun yapısına göre değişiklik gösterebilir. RAM'in aldığı bi talebe karşılık vermesi için geçen süreye Access Time denir. Hafıza modülleri 80-50ns arasında değişen Access Time sürelerine sahiptir. Sürenin kısa olması modülün hızını gösterir.