RAM belleğin ne yaptığını merak ediyor olabilirsiniz? Bilgisayarın en önemli bileşenlerinden biri ve yeni bir bilgisayar alırken her zaman baktığınız veya daha iyi performans elde etmek için yükseltmeyi düşündüğünüz vb. Ama… işlevinin ne olduğunu gerçekten biliyor musunuz? bu hafıza neden tasarlandı? Kısa bir tarih turundan ve bu bileşen hakkında sahip olmanız gereken tüm bilgilerden sonra tüm bu şüpheler ortadan kalkacaktır.
Tarihe hızlı bir bakış
İlk bilgisayarlar programları yüklemek veya veri depolamak için delikli kartları kullanmaya başladı, daha sonra röleler, davul hafızaları ve vakum tüpleri geldi ve bunların yerini nihayet transistörler aldı.
İlk rastgele erişimli bellek veya Rastgele Erişimli Bellek (RAM), 1947’de Williams tüpüyle geldi. Eski ekranlar gibi bir tür CRT idi, çünkü katot ışın tüpü yüklü noktaları herhangi bir sırayla okuyup yazabiliyordu. Bu bellek yalnızca birkaç bin bit depolayabilmesine rağmen, vakum tüplerinden daha kompakt ve enerji açısından daha verimliydi.
Aynı yıl manyetik çekirdekli bellek icat edilecek ve aynı zamanda rastgele erişimli bir bellek haline gelecekti. Bir dizi manyetize halkaya dayanıyordu, manyetizmi bir şekilde kullanarak her halka için 1 bit depolayabiliyordu.
1970’lerin başında ilk entegre devrelerin ve katı hal aygıtlarının ortaya çıkmasıyla birlikte, manyetik çekirdek bellek yerini aldı ve çiplere entegre edilmeye başlandı. Geliştirilecek ilk katı hal bellek türlerinden biri ROM tipiydi, ardından SRAM, ardından DRAM, vb.
Intel, Toshiba, IBM, Fairchild Semiconductor, vb. gibi şirketler, bu on yıllarda bellek alanında öncü şirketlerden bazılarıydı. Şu anda, birçok markaya tedarik sağlayan yalnızca bir avuç RAM bellek yongası üreticisi var. Üretici örneklerinden bazıları Samsung, Micron, SK Hynix ve daha yakın zamanda Philips gibi diğerleri de katıldı.
RAM türleri
En üste ne kadar yakınsa, bellek o kadar hızlı ve pahalıdır. Üsse ne kadar yakınsa, o kadar yavaş ve ucuzdur.
Bellek ne kadar hızlı olursa, üretilmesi o kadar pahalı olur, bu nedenle daha düşük kapasiteli sürücülere gider. Örneğin, birkaç bitlik kayıtlar için flip-floplar, birkaç kilobaytlık veya megabaytlık önbellek için SRAM, birkaç gigabaytlık RAM’den geçen. Flaş (SSD) veya manyetik (HDD) gibi en ucuz olanlar, fiyatları fırlamadan çok daha yüksek kapasitelere sahip olabilir.
RAM’in ne yaptığına bakmadan önce, daha net bir fikir elde etmek için bu genel bakışta kaç çeşit RAM olduğunu görelim. Gördüğünüz gibi, esas olarak iki büyük aile arasında ayrım yapabilirsiniz:
- SRAM (Statik RAM): Hücresi sadece 6 transistör kullanan ve çok hızlı olan bir bellek türüdür. Genellikle bir kayıt veya CPU önbelleği için kullanılır. En büyük dezavantajı maliyetidir. Bu durumda, Fairchild Semiconductor’dan Robert H. Norman, 1963’te mucidiydi.
- DRAM (Dinamik RAM): Statikten farklı olarak, bu bellek dinamiktir ve bilgileri depolamak için kapasitörler kullanır. Bir öncekinden çok daha ucuzdur, bu nedenle fiyatlar kabul edilebilir seviyelerde tutulurken daha yüksek kapasiteler elde edilebilir. 1966 yılında IBM’den Robert Dennard tarafından icat edildi.
- FPM: DRAM’ın bir alt türü olan Hızlı Sayfa Modu anlamına gelir. Intel 486 işlemcilerinin Burst Modundan esinlenerek, bellek denetleyicisinden bir adres alarak ve daha fazla adrese ihtiyaç duymadan ardışık bellek konumlarını okuyarak ilham aldı. 486 ve erken Pentium’larda kullanıldı ve 70 veya 60 ns erişime sahipti.
- EDO: Genişletilmiş Veri Çıkışı RAM, 1994’te piyasaya sürülen ve FPM’ye göre önemli bir gelişme olan 40 ila 30 ns erişime sahip başka bir bellek türüdür.
- BEDO: Burst EDO, 1997’de sunulan EDO’nun bir evrimidir, ancak destek eksikliği nedeniyle pazarlanmaz.
- SDRAM: Senkronize DRAM, Intel’in “ilk adımlarını” önceden onunla atmış olmasına rağmen, Samsung tarafından geliştirilmiştir. Bu durumda erişim 25 veya 10 ns’ye yükseltilir. Kondansatörlere dayanmaktadır ve elektrik beslemesi kesilirse tüm içeriği silinecektir. Sürekli beslenmesi gerekiyor. Bundan, sırayla, varyantlar ortaya çıktı:
- RDRAM: Rambus çok popüler oldu ve Intel tarafından Pentium 4’leri için kabul edildi, ancak kısa süre sonra DDR’nin yerini aldı. Ayrıca, Rambus şirketinin XDR (eXtreme Data Rate) veya XDR2 (eXtreme Data Rate 2) gibi diğer varyantları piyasaya süreceği de belirtilmelidir.
- SDR SDRAM (Tek Veri Hızı): basit veri hızı.
- DDR (Çift Veri Hızı): Performansı artırmak için çift veri hızına sahip bir SDRAM türü.
- DDR2: öncekini ikiye katlar.
- DDR3: öncekinden iki kat daha fazla veri hızı.
- DDR4: önceki oranda tekrar ikiye katlanır.
- DDR5: öncekinden iki kat daha fazla veri hızı.
- DDR6: Bir öncekini ikiye katlayın.
Tabii ki, başka bellek türleri de var, ancak bunlar makalenin konusu göz önüne alındığında en ilginç olanlardır.
RAM bellek ne işe yarar?
Önceki hikayenin girişinde, hafızanın hızını artırmak için nasıl çaba gösterildiğini görebilirsiniz. Sorun şu ki, bu evrim, çok daha hızlı olan işlem birimlerinin evrimine kıyasla çok uyumsuzdu. Bu nedenle gecikme ve darboğaz azaltılarak bazı arabellekler tanıtıldı.
Bununla birlikte, RAM’in ne yaptığını açıklamak için Von Neumann tipi bir bilgisayarın bu şemasını kullanacağım. İlk şey, öğeleri sunmaktır:
- Herhangi bir bilgisayarda veya PC’de, sabit sürücüde veya ikincil bellekte depolanan işletim sistemi ve diğer yazılımlara sahibiz. SSD, HDD veya hibrit olabilir. Bu bellek, SSD’lerin tanıtılmasıyla dev bir adım atılmış olsa da, hala CPU’dan çok daha yavaş.
- Öte yandan, bu şemada görünen ve Windows’ta pagefile.sys dosyasına karşılık gelen sanal belleğe sahibiz, Unix ortamlarında ise SWAP veya değişim belleği olacaktır. Veriler ve işlemler RAM belleğe giremedikleri zaman bu bellekte saklanır.
- RAM veya ana bellek, ikincil ve CPU arasında bir ara bellektir. Önbellekten daha yavaş olmasına rağmen, ikincilden önemli ölçüde daha hızlıdır.
- CPU içinde, farklı seviyelerde önbellek gibi çok daha hızlı bellekler vardır ve ayrıca RAM ile CPU’nun işlevsel birimleri arasında bir tür hızlı arabellek görevi görür. Ve sonra, verilerin veya talimatların saklandığı ve çok hızlı, ancak sayıları sınırlı olan kayıt bankaları vardır.
Şimdi, bu öğeler sunulduktan sonra, eğer bilmiyorsanız, şimdi RAM belleğin ne yaptığını anlamanıza yardımcı olmak için bir bilgisayarın nasıl çalıştığını basit bir şekilde açıklayacağız:
- Herhangi bir program (talimatlar ve verilerden oluşan kod) yürütüldüğünde, işletim sistemi bunu bir süreç olarak kabul eder ve söz konusu programı ana belleğe veya RAM’e yükler. Çekirdek zamanlama algoritmasına ve önceliğine bağlı olarak, işlemleri RAM’den sanal belleğe/bellekten yukarı veya aşağı taşıyabilir.
- Bunu yaparak, o programı çalıştırmak için gereken her şey daha hızlı bellekte olur. Bu anda CPU, söz konusu programın talimatlarını ve uygun verileri getirmek için RAM’e erişecektir.
- CPU daha sonra talimatı yorumlayacak ve veriler üzerinde bazı işlemler gerçekleştirecektir. Sonuç bu şekilde elde edilir. İşlemdeki tüm talimatlar işlendiğinde, yürütmeyi bitirmiştir.
RAM belleği ne yapar sorusunun cevabı basittir: ikincil ve CPU arasında bir arabellek görevi görerek performansı artırır. İkincil belleğe kadar gidecek olsaydı, gecikmenin performans üzerinde önemli bir olumsuz etkisi olurdu. Bunu not et:
- Kayıtlara neredeyse anında erişilebilirken, L1 1 ila 5 ns arasında herhangi bir yer alabilir. L2 önbelleği 5-10 ns arasında ve L3 10 ile 20 ns arasında.
- RAM bellek, türüne bağlı olarak 50-100 ns arasında erişim süresine sahiptir.
- Bazı SSD’ler için ikincil değer yaklaşık 0,1 ms veya bir HDD için 5-8 ms arasındadır.
- Yani, bazı durumlarda CPU ile ikincil bellek arasında bir milyon kat daha yavaş bir atlamadan bahsediyoruz. CPU’dan RAM’e atlamalar daha düşük olsa da, yalnızca birkaç on veya yüzlerce kat daha yavaştır.
- Sonuç: CPU ve ikincil bellek arasındaki RAM olmadan, verilere erişim için çok sayıda saat döngüsü boşa gidecek ve bu da çok düşük performansa neden olacaktır.
Gelecek
Aktarım hızını hızlandırmanın, giderek daha düşük gecikme süreleri olan RAM bellekleri oluşturmanın ve önbelleği artırmanın yanı sıra, şu anda geleneksel iletkenleri kullanan ara bağlantı birimlerine fiber optik aktarımları denediği için geleceğin “ışıkla dolu” olduğuna işaret ediyor. ve elektriksel impulslar.
DDR5 ve DDR4 karşılaştırmamızı okumanızı öneririz
Yeni optik cihazların gelişi, gecikmeyi bir kez daha azaltacak ve bellek ile CPU arasındaki bant genişliğini artıracak başka bir büyük sıçramayı temsil edebilir. Bu teknoloji yakında gelecek mi?