RAM - Vikipedi

Rastgele erişimli hafıza veya rastgele erişimli bellek (İngilizce: Random Access Memory, RAM) mikroişlemcili sistemlerde kullanılan, genellikle çalışma verileriyle birlikte makine kodunu depolamak için kullanılan herhangi bir sırada okunabilen ve değiştirilebilen bir tür geçici veri deposudur.^[2] Buna karşın diğer hafıza aygıtları (manyetik kasetler, diskler) saklama ortamındaki verilere önceden belirlenen bir sırada ulaşabilmektedir, çünkü mekanik tasarımları ancak buna izin vermektedir.

Dinamik Rastgele Erişimli Bellek veya RAM, ilk olarak 1968 yılında Robert Dennard tarafından icat edilmiştir.^[3] Teksas doğumlu olan ve mühendis olan Dennard, ilk Dinamik Rastgele Erişimli Bellek (RAM) modellerinden birini oluşturdu. Yaşamı boyunca RAM teknolojisine yaptığı iki önemli yenilik, bilgisayar endüstrisinde otuz yılı aşkın bir süre boyunca büyümeyi teşvik etmeye yardımcı oldu.

Bir RAM yongasında herhangi farklı iki veriye ulaşmak için aşağı yukarı aynı süre harcanmaktadır. Buna karşılık disk ve benzerleri okunan verinin başı bulunan noktaya yakınsa az zaman, uzaksa çok zaman harcamakta ve baş konumu sürekli yer değiştirmektedir.

RAM, genellikle bilgisayardaki ana hafıza ya da birincil depo; yükleme, gösterme, uygulamaları yönlendirme ve veri için çalışma alanı olarak düşünülür. Bu tip RAM genelde tümleşik devre biçimindedir. Yaygın olarak hafıza çubuğu veya RAM çubuğu isimleriyle anılır çünkü devre kartı üzerine, küçük devreler hâlinde, plastik paketleme yardımıyla birkaç sakız paketi boyutundadır. Çoğu kişisel bilgisayarda RAM eklemek veya değiştirmek için yuva bulunur.

Çoğu RAM hem yazılıp hem okunabilir. Bu yüzden RAM sık sık "okunan-yazılan hafıza" ismiyle yer değiştirmiştir. Bu bağlamda RAM, ROM'un tersi, daha doğrusu sıralı ulaşılabilir hafızanın tersi olarak kabul edilir. RAM hafızalar genelde (2²) byte şeklinde paketlenir.

Yazılabilir RAM'in modern çeşitleri, genellikle bilgileri ya disket içinde (örneğin SRAM [statik RAM]) ya da bir kondansatör içinde (DRAM [dinamik RAM], EPROM, EEPROM, USB gibi) depolar. Bazı çeşitler, rastgele hataları ortaya çıkarmak ve doğrulamak için eşlik bitleri veya hata düzeltme kodları kullanır. ROM, RAM'in aksine kalıcı devre dışı seçilmiş transistörler sağlamak için metal kalıp kullanır ve salt okunur bir tipe sahiptir.

SIMM ve DIMM hafıza modülleri özel amaçlar için tasarlanmıştır. Diğer bilgisayar depolama biçimleri, diskler ve manyetik bantlar gibi, genellikle kalıcı depolama için kullanılmıştır. Ancak, birçok yeni ürün verileri korumak için flaş hafıza kullanır. PDA'lar ve küçük müzik çalarlar gibi cihazlar, flaş hafıza sayesinde daha güvenilir bir depolama sağlar. Bazı kişisel bilgisayarlar, sağlamlığı ve taşınabilirliği nedeniyle flash sürücülerini ve SSD'leri manyetik disklerin yerine tercih eder.

Flash hafıza, genellikle NOR tipi ve doğrudan kod çalıştırmaya olanak sağlar ve bu nedenle sık sık ROM yerine kullanılır. Daha yaygın olan NAND tipi ise daha düşük maliyetle hafıza kartları ve SSD'ler gibi toplu depolama için kullanılır.

Ekonomik nedenlerden dolayı, kişisel bilgisayarlarda, iş istasyonlarında, kontrol edilmeyen oyun konsollarında (Playstation, Xbox gibi) geniş hafızalar dinamik RAM'lerden oluşur. Bilgisayarın diğer kısımları zula hafıza (ön hafıza) ve diğer disklerdeki veri tamponları statik RAM kullanır.

Dinamik rastgele erişimli hafıza (DRAM) tümleşik devrelerin plastik ambalaja metal iğnecikler ile bağlanıp, sinyaller ile kontrol edilecek biçimde üretilir. Dinamik denmesinin nedeni enerjiyi saklamak için saniyede yüz defaya yakın içinde bulunan kondansatörlerin yüklenmesi gerekir. Günümüzde bu DRAM'ler kolay kullanım için rahat takılacak modüllerden oluşur.

Her hücre için altı adete varan transistör kullanılır. Bu tip RAM'lerde bilgiler yüklendikten sonra sabit kalır. Sürekli enerji tazelemesi gerekmemektedir. SRAM (statik RAM), DRAM'den daha hızlı ve daha güvenilirdir ama onun kadar yaygın değildir. SRAM'lerin üretim maliyetlerinin DRAM'lerinkine oranla çok daha yüksektir.

Günümüzde en yaygın RAM biçimi DDR4'tür. DDR4, DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random-Access Memory) teknolojisinin dördüncü neslidir. DDR SDRAM terimindeki DDR (Double Data Rate), verilerin her bir saat döngüsü başına bir kez yerine iki kez aktarıldığı anlamına gelir. SDR ile her bir saat döngüsünde yalnızca tek bir transfer yapılabildiği için DDR ile bellek bant genişliği iki katına çıkmıştır.^[4]

Bilgisayarlardaki bilgiler, bit adı verilen 1 ve 0'lardan oluşur. Her bir bit, dijital verinin en küçük birimidir ve bir araya geldiklerinde anlamlı veri blokları oluştururlar. Ancak, çeşitli nedenlerle bu bitlerin değerleri değişebilir. Örneğin:

• Ortam Hataları: Kozmik radyasyon veya elektromanyetik parazitler, bitlerin değerini değiştirebilir.
• Elektronik Parazitler: Bilgisayarın içindeki diğer elektronik cihazlardan gelen parazitler, bitlerin değerlerini bozabilir.
• Kötü Bağlantılar: Fiziksel bağlantılardaki sorunlar, bitlerin doğru iletilmemesine yol açabilir.

Bu tür hatalar, verilerin bozulmasına ve bilgisayar sistemlerinin beklenmedik şekilde çalışmasına neden olabilir. Bu nedenle, veri bütünlüğünü sağlamak ve hataları düzeltmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bunlardan biri de Hata Düzeltme Kodu (ECC)'dur.

ECC, verilerin doğruluğunu sağlamak için ek parite bitleri ekleyen ve bu bitler aracılığıyla hataları tespit edip düzelten bir teknolojidir. ECC, özellikle bilgisayar belleklerinde (RAM) ve depolama cihazlarında yaygın olarak kullanılır.

Günümüzde kullandığımız pek çok bireysel bilgisayarda kolayca yükseltilebilir olan RAM'ler kullanılır. Bunlara DRAM modülleri veya hafıza modülleri denilebilir. Bu modüllerin boyutu birkaç adet sakıza eşdeğerdir. Zarar gördüklerinde veya kapasiteleri yetersiz geldiğinde kolayca yenileriyle değiştirilebilir. Ayrıca RAM'in az miktardaki kısmı (genellikle SRAM) işlemci, sabit diskler, disk sürücüleri gibi birçok sistem bileşeniyle tümleşik olarak kullanılır.

Yoğun uygulama periyotları devam ederken RAM'in yetersiz kaldığı durumlarda birçok CPU yapısı ve işletim sistemleri bir tür sanal hafıza yaratma işlemi yürütür. Bu işlemde sabit disk üzerindeki geçici bir alan kullanılır. Temelde sabit disk RAM'den oldukça yavaş olduğundan bu mekanizmanın aşırı kullanımı sistem performansını yavaşlattığından tercih edilmemektedir.

RAM, "Random Access Memory" (Rastgele Erişimli Bellek) kelimelerinin baş harflerinden oluşan bir kısaltmadır. RAM bilgilerin geçici olarak depolandığı bir hafıza türüdür. Bilgisayarlar genellikle o an üzerinde çalıştıkları programlar ve işlemlerle ilgili bilgileri RAM denen bu hafıza parçasında tutarlar. RAM ve sabit sürücü temel olarak aynı bilgileri saklarlar, ancak işlemcinin RAM'deki bilgilere erişme ve onları işleme hızı, sabit sürücüdeki bilgilere erişme ve onları işleme hızından çok daha büyüktür.

Bilgisayarlar işlem yaparken program kodları ve veri tutmak için RAM kullanırlar. RAM'in karakterini tanımlayan özelliği bütün hafıza noktaları neredeyse aynı hızda erişilebilir olmasıdır. Diğer teknolojilerin çoğu belirli bir bit veya byte okuduklarından gecikmelere sebebiyet verir.

Birçok RAM türü uçucudur. Bunun anlamı disk ve kaset gibi hafıza depolama aygıtlarından farklı olarak bilgisayar kapatıldığında içerdiği veriyi kaybetmesidir.

Yeni nesil RAM'ler, bir bitlik veriyi dinamik RAM'lerdeki gibi kapasitörde akım olarak ya da statik RAM'lerdeki gibi bir flip-flop'ta durum olarak saklar.

Yazılımlar RAM'leri ayırarak bir kısmının daha hızlı sabit disk gibi çalışmasını sağlayabilir. Buna ‘RAM Disk’ denir. Kullanılan hafıza kaydedilmemiş ise, RAM disk bilgisayar kapandığında veriyi kaybeder. Ama kaydedilmemiş hafıza ayrı bir güç kaynağına sahip ise -pil gibi- veriyi kaybetmez

İlk zamanlar yaygın yazılabilir RAM, 1949-1952 yılları arasında geliştirildi. Manyetik çekirdek hafıza olarak birçok bilgisayarda kullanıldı. Daha sonra 1960'ların sonu ve 1970'lerin başında statik ve dinamik entegre devreler geliştirildi.

İlk ana hafıza sistemleri, bugünkü RAM gibi, vakum tüplerinden oluşturulmuştur, ama sıklıkla başarısız olmuşlardır. Çekirdek hafıza, küçük ferrit elektromanyetik çekirdeklere tellerle bağlanan, eşit ulaşım zamanlamasına pek sahip değildi. Çekirdek terimi bazı programcılar tarafından RAM'lerin bilgisayarın ana hafızası anlamında kullanılmaktadır. Tüp ve çekirdek hafızanın temel konsepti günümüz RAM'lerindeki tümleşik devrelerde kullanılır.

Alternatif birincil depolama mekanizmaları genellikle tek biçimli olmayan hafıza erişim gecikmelerini içerir. Gecikme satır hafızası bitleri tutmak için cıva dolu tüplerde ses dalga dürtü serisi kullanılmıştır. Tambur hafıza günümüz sabit diskleri gibi sürekli yuvarlak manyetik bantlarda veriyi saklamıştır.

Hafıza duvarı teriminden, ilk olarak "Hafıza Duvarına Çarpmak: Belli Olanın Anlamı"nda bahsedilmiştir. Bu CPU ve hafıza hızı arasının açılmasına dikkat çekmek için söylenmiştir. 1986'dan 2000'e, CPU hızı yıllık %55'lik bir hızla gelişirken hafıza hızı %10'luk bir gelişme göstermiştir. Bu yüzden hafıza gecikmesinin bilgisayar performansı açısından çok büyük bir darboğaz yaratması beklenmiştir.

Şu sıralar, CPU hızının gelişmesi fiziksel bariyerler dolayısıyla önemli bir şekilde yavaşlamıştır. Intel firması bunu "Platform 2015" belgesinde şöyle açıklamaktadır: "İlk olarak yonga geometrilerinin küçülmesi ve saat hızlarının artışı, transistördeki kaçak akımın artması, güç tüketiminin çoğalmasına ve ısınmaya yol açmaktadır. Intel'in yeni TRİ-GATE'i bu problemi çözebilir. Hafıza gecikmelerinden dolayı yüksek saat hızının avantajları yararlığını kaybetmektedir. Çünkü hafıza gelişimi, saat frekansı gelişiminden geride kalmıştır. Bazı belli başlı uygulamalar için, geleneksel seri mimari işlemcilerin hızlanmasıyla verimliliğini yitirmektedir. Buradaki kazançtan kısılması, frekansın kazancının artmasına neden olabilir. Ek olarak sinyal iletimindeki direnç-kapasitör (RC) gecikmeleri işlemciler küçüldükçe, büyümektedir. Bu da yeni darboğazlar yaratmaktadır."

Sinyal üretimindeki RC gecikmeleri "saat hızı ve IPC: Geleneksel Mimari İçin Yolun Sonu" adlı kitapta belirtilmiştir. Burada anlatılan 2000-2014 arasında yıllık CPU gelişiminin maksimum %12.5 olacağıdır. Intel'in yeni işlemcilerinde görüldüğü gibi bu yavaşlama belirginleşmiştir. Fakat yine de Core2, Pentium 4'ten sonra epey kayda değer bir gelişme olarak görülmektedir.

Basit modellerin aksine (ve belki ortak inanç) modern SDRAM modülleri içeriğini bilgisayar kapatılmadan hemen kaybetmez. Bu süreç oda sıcaklığında birkaç saniye sürer ama düşük sıcaklıklarda dakika kadar uzatılabilir.Bu nedenle normal çalışma belleğinde saklanan tüm verileri kurtarmak mümkündür (SDRAM modülleri gibi). Bu bazen bir soğuk çizme saldırısı (cold boot attack) ya da buz adam saldırısı olarak adlandırılır.

Kapatıldığında ise uçucu olmayan yani verileri koruyabilecek birkaç RAM türü geliştirilmektedir. Bu gelişmelerde kullanılan teknolojiler ise karbon nanotüpler ve manyetik tünel etkisi kullanan yaklaşımlar içerir. 2006'dan bu yana, kapasiteleri 64 GB olan ve performansları alışılagelmiş disklerin çok üstünde olan Katı Hâl Sürücüler (Solid-state Drives) (flash hafıza tabanlı) mevcut duruma gelmiştir.

• Bilişimsel RAM