Bilgisayarlar temelde 3 ana bileşenden oluşmaktadır. Bunlar; merkezi işlem birimi (işlemci), bellek (RAM), giriş/çıkış aygıtları (klavye, mouse, sabit disk, yazıcı vb.) ‘dir.

İşlemcinin çalıştırdığı programlar ve programlara ait bilgiler bellek üzerinde saklanmaktadır. Bellek geçici bir depolama alanıdır. Bellek üzerindeki bilgiler güç kesildiği anda kaybolmaktadır. Bu nedenle bilgisayarlarda verileri daha uzun sureli ve kalıcı olarak saklamak için farklı birimler mevcuttur.

Uzun sureli saklanan veriler;

• Sabit Diskler,

• CD/DVD’ler,

• Disketler,

• Manyetik Veri Depolama Birimleri (Yedekleme Kasetleri) üzerinde,

• BlOS'un saklandığı EPROM'lar,

•           ...

Kısa sureli saklanan veriler ise;

• Sistem bellekleri,

• işlemcilerin içindeki “Cache” diye tabir edilen bellekler,

• Grafik kartlarının üzerindeki bellekler,

• Üzerinde depolanmaktadır.

Bellek kavramının bilişim sistemlerinde bu derece geniş bir donanım yelpazesi olmasına rağmen, hemen her bilgisayar, tablet, akıllı telefon v.b kullanıcısı için bellek denilince akla ilk gelen kavram sistem RAM’i olmaktadır.

RAM ise Random Access Memory kelimelerinin baş harflerinin kısaltılmasıdır. RAM Türkçü’ye çevrildiğinde “Rastgele Erişilebilir Bellek” anlamına gelmektedir. Random kelimesi rastgele anlamından çok bilgiye erişimin doğrudan gerçekleştiğini özetlemekte ve verilere manyetik teyplerdeki ya da DVD- ROM'lardaki sıralı erişimin aksine, sırasız yani doğrudan ve hızlı bir şekilde erişim imkânı vermesidir.

Kısaca RAM'in organize ve kontrol ediliş biçimi, verinin doğru olarak belirli depolama bölgelerinden okunması ve yazılmasını sağlar. Erişimde sağladıkları hız, RAM'lerin sistemde bu denli önemli ve performansı belirleyici olmalarında en önde gelen etkendir.

RAM bellekler kısa sureli veri saklama imkânı sağlamaktadır. Enerjilerinin kesilmesi durumunda üzerinde bulunan veriler kaybolmaktadır. Uzun sureli veri depolayabilen donanımlar ise enerji kaynağına ihtiyaç duymazlar.

Bu tur veri depolama birimlerine ise ROM bellek denilmektedir. ROM bellek; Read Only Memory kelimelerinin baş harflerinin kısaltılmış halidir. ROM bellekler sadece okunabilen devrelerden oluşur. İsminden de anlaşıldığı üzere ROM belleklerin üzerinde bulunan verinin son kullanıcılar tarafından değiştirilmemesi beklenmektedir.

ROM bellek denildiğinde akla ilk gelen bilgisayarın yazılımlarını ve donanımlarını hazır hale getiren BIOS’dur. Basic Input Output System (Temel Giriş Çıkış Sistemi)’nin kısaltması olan BIOS; işlemci, bellek, yonga seti, video adaptörü, disk denetleyicileri, disk sürücüleri, klavye, fare gibi bileşenlerinin testini gerçekleştirir. BIOS’un temel işlevi; bilgisayarı diğer donanım ve yazılımların çalışmasına hazır hale getirmek, işletim sistemini yüklemek ve başlatmaktır. Bilgisayar başlatıldığında BIOS’un ilk işi RAM’i okumak ve klavye, fare, sabit disk, CD/DVD sürücüsü gibi sistem aygıtlarını tanımlamak ve kullanıma hazırlamaktır. BIOS, işletim sistemleri ile donanımlar arasındaki sürücüler toplamını içeren bir arabirim yazılımıdır.

Belleklerin tarihçesi

İlk bellek sistemleri vakum tüplerinden oluşturulmuştu, ancak kullanımında başarılı sonuçlar alınamamıştır. Belleğin bilinen tarihi 1800’lu yıllara kadar uzanmaktadır. Belleklerin tarihi gelişimi ile ilgili olarak kısaca;

- 1834 yılında Charles BABBAGE şahsına ait analitik motorda salt okunur bellek kullanmıştır.

- 1939 yılında Helmut SCHREYER neon lambalar kullanarak prototip bellek icat etmiştir.

- 1950 yılında sadece sekiz adet satılan ilk ticari bilgisayar sadece 256 (40- bit) kelime ana bellek kapasitesine sahipti.

- 1952 yılında imal edilen ilk bilgisayarlardan olan EDVAC, ikilik tabanda otomatik toplama, çıkarma, çarpma, programlanmış bölme işlemi ve bu işlemlerin otomatik olarak sağlamasını yaparken sadece 1,000 adet 44-bit kelimelik belleğe (Daha sonra belleği 1024 kelimeye yani 5,5 kilobayta çıkabilmiştir.) sahip bir cihazdı.

- 1949-1ç52 yılları arasında yazılabilir bellekler geliştirildi ve manyetik çekirdek bellek olarak birçok bilgisayarda kullanıldı. 

- 1960 ve 1970'li yıllarda statik ve dinamik devrelerin geliştirilmesi ile birlikte;

- 1968 yılında Dr. Robert H. DENNARD tarafından ilk defa tek transistor hücreli DRAM için patent ( patent nu: US3811076 A) alınmıştır.

- 1970 yılında 256 K kapasiteli SRAM yongasını Fairchild CORPORATION tarafından icat edilmiştir.

- 1990’lı yıllarda teknolojik gelişmelerin hızla artması ile birlikte EDO RAM, SD-RAM, RD-RAM, DDR RAM, DDR2 RAM, DDR3 RAM gibi bellekler kullanıldı. Günümüzde bu RAM geçitlerinden çoğunlukla DDR RAM’lerin kullanıldığı ve diğer RAM çeşitlerinin ise tarihe karıştığı görülmektedir.

Bellek çeşitleri

Bellek çeşitlerini; RAM'den veri okumak ya da RAM'e veri yazmak için kullanılan protokoller belirlemektedir. Genel anlamda belleklerin DRAM ve SRAM olmak üzere iki ana çeşidi vardır. Günümüzde en popüler RAM turu olan DDR bellektir. Buradaki DDR (Double Data Rate) kısaltması, çift veri hızlı bellekler anlamında kullanılmaktadır. Bir önceki nesil bellek türlerine isim veren SDR (Single Data Rate) kısaltması ise tek veri hızlı RAM'leri simgelemektedir. DDR ve SDR bellekler senkron olarak çalışmaktadır. Yani veri akışı bir saat işaretiyle düzende tutulmaktadır.

• Dynamic Random Access Memory (DRAM)

DRAM daha çok kişisel bilgisayarlarda kullanılan hafıza turudur. Bu teknolojide transistor ve kondansatörler birlikte kullanılmaktadır. Veriler kondansatörlerde tutulmakta, okuma ve yazma işlemleri için de transistörler kullanılmaktadır. Kondansatörler yapıları gereği çok hızlı enerji harcamaktadır. Bu nedenle üzerlerinde bulunan verileri koruyabilmek için enerjisinin sürekli yenilenmesi gerekmektedir. Dinamik ifadesi buradan gelmektedir. Bu durum DRAM‘ler için bir avantaj gibi gözükmekle beraber sürekli yenileme ihtiyacı sebebiyle de bir dezavantajdır. Sürekli yenileme ihtiyacı DRAM’lerin SRAM’lerden daha yavaş çalışmasına neden olmaktadır.

DRAM’lerin yapıları oldukça basittir. Her 1 bitlik veriyi saklamak için 1 kondansatör ve 1 transistor kullanılmaktadır. Bu nedenle diğer RAM çeşitlerine gore daha ekonomiktir.

• Fast Page Mode (FPM) DRAM - Hizli Sayfalama Modlu RAM);

Geçmişte birçok bilgisayar FPM DRAM kullanılmaktaydı. FPM DRAM’ler günümüzde kullanılan sistemlerin hızına ayak uyduramayacak kadar çok yavaştı. Bellek kontrolcüsü; bellek içerisinde bir veriye ulaşmak istiyorsa o verinin adresini tam olarak bilmesi gereklidir. Normal RAM’lerde adres her işlem sonrası yeniden istenir. FPM’de ise veri bir defa istendikten sonra verinin tam adresi hafızada tutularak ve sonraki kullanımlarda tekrar adres bilgisini tespit etmeye gerek kalmadan direk verinin kullanımı sağlamaktadır. 33 MHz’ten daha hızlı Caliban işlemcilerde veriler çok hızlı istendiği için FPM’ler düzgün çalışamamaktaydı. Bu nedenle yerlerini EDO DRAM’lere bırakmıştır.

• Extended Data Out (EDO) Genişletilmiş Veri Çıkışlı RAM);

EDO RAM’ler; FPM DRAM’lerin performansının % 30 arttırılmış ve 33 MHz’ten yüksek hızlarda çalışamama açığını kapatmak amacıyla geliştirilmiştir. Ayrıca FPM DRAM’lere göre bir avantajı da işlem yapma esnasında önce başlatılan komut ya da istek tamamlanmadan sonraki işlemi başlatabilmesidir.

SRAM’lerin gelişimine kadar en çok kullanılan RAM çeşididir. EDO RAM’lerde 66MHz’ten daha hızlı çalışamamaktadır. FPM destekleyen bir sistemde EDO bellek kullandırmakta ancak performansta bir artış sağlanamamaktadır.

EDO RAM’ler 1990’li yıllarda video kartlarında sıklıkla kullanılmıştır. Düşük maliyetine rağmen yüksek maliyetli Video RAM’lere yakın performans göstermiştir.

• Burst Extended Data Out (BEDO) (Genişletilmiş Veri Çıkışlı RAM);

EDO RAM’lerin geliştirilmiş versiyonudur. EDO RAM’lere göre daha fazla ve hızlı veri gönderebilme özelliğine sahiptir. 66 MHz hızında çalışmakta ancak üstündeki hızları desteklememektedir.

• Rambus RAM (RDRAM);

İsmini üreticisi olan Rambus şirketinden almıştır. 800 Mhz hızında çalışabilmektir. Paralel çalışan kanallar ile yüksek çalışma hızına sahiptir. RDRAM’lerin diğer RAM’lerden farkı ve onu ustun kılan özelliği en yakın özelliklere sahip belleklerden bile en az iki kat hızda çalışıyor olmalarıydı.

Yüksek performansla çalışmasına rağmen pek yaygınlaşmamasının sebebi fiyatının yüksek olmasıdır.

• Synchronous Dynamic RAM (SDRAM)- Senkronize Dinamik RAM);

SDRAM’ler EDO RAM’lerden sonra geliştirilmiş ve DDR-SDRAM olarak kullanılan DRAM turudur. ilk kez Pentium II işlemcili bilgisayarlarda kullanılmıştır. SDRAM’ler 100 MHz sistem hızı ile uyumlu olarak çalışabilmekteydi.

Asenkron ara yüzde, işlemci bellekten bilgi alabilmek için beklemek zorundadır. Senkron çalışması ile bilgi alış verişi sistem hizayla uyumlu bir şekilde yapılmaya başlandığından işlemcinin boşuna bekleme sorunu ortadan kaldırılmış ve veriye erişim hızının çok daha yüksek olması sağlanmıştır.

Gelişen ana kart teknolojilerine paralel olarak PC100 (100 MHz hızında) ve PC133 (133 MHz hızında) standartlarında SDRAM’ler ile geliştirilmiştir.

• Double Data Rate (DDR) SDRAM (Çift Veri Oranlamalı SDRAM);

DDR-RAM'ler SDRAM'lerin gelişmiş halidir. Birçok yerde DDR-RAM'ler DDR SDRAM olarak gelmektedir. Yüksek performans ve veri iletişimi isteyen; 3D, Video ve internet uygulamaları için geliştirilmiştir. Bütün bu uygulamalar için gerekli performans ve hız için gerekli bant genişliğine sahiptir. DDR ismini almasının sebebi SDRAM’lerdeki gibi saat frekansının sadece yükselen kısmında değil saat frekansının hem yükselen hem alçalan kısmında veri transfer edebilmesidir. SDRAM'lara oranla yaklaşık iki kat bant genişliğine sahiptir. Böylece performansta da yaklaşık iki kat artış sağlamaktadır.

SDRAM’lerin 100 ve 133 MHz olan hızlan DDR-RAM’ 1 erde 266, 333 ve 400 MHz’lere yükseltilmiş ve veri yolu genişliği ikiye katlanmıştır. DDRRAM’lerde 184 pin ayak iğne sayısı sahiptir. Ayınca sistemden 2.5 Volt’luk enerji çekimi söz konusudur.

• DDR2 RAM;

Bu DDR-RAM’lerin ikinci nesil ürünüdür. DDR-RAM’lerden biraz daha farklı bir sinyal yapısına ve daha az elektrik tüketimi yapacak şekilde geliştirilmiştir. Sinyal yapısının farklı olması sebebiyle ana kart ile olan bağlantı sayısında artış söz konusudur. DDR-RAM’lerde 184 pin olan ayak sayısı 240 pine yükselmiş ve 2.5 Volt'luk enerji ihtiyacı da 1.8 Volt'a düşürülmüştür. Voltajda meydana gelen düşüş belleklerin ısınma sorununu ortadan çözmekte ve çalışma performansını olumlu yönde doğrudan etkilemektedir.

• DDR3 SDRAM;

DDR3-RAM’lerin bir önceki nesil olan DDR2-RAM’lerden farkı, band genişliğinin yüksek olması, daha az elektrik enerjisine ihtiyaç duyması ve işlem tampon bölgesinin ikiye katlanması sonucu daha hızlı reaksiyon suresine sahip olmasıdır.

DDR-RAM’lerin 2,5 Volt ve DDR2-RAM'lerin 1,8 Volt'luk enerji ihtiyacına karşın DDR3-RAM’ler 1,5Volt’luk enerji gereksinimiyle çalışmakta ve DDR2'lere oranla %30 daha az guç harcamaktadır. DDR3-RAM ve DDR2- RAM’lerin 240 pin olan ayak sayısı ve boyutlarının ayni olmasına rağmen enerjisi kullanımı nedeniyle birbirlerinden farklıdırlar. Ayrıca çentikleri de farklı yerdedir. DDR3-RAM’ler 1.5Volt ile çalışıyor olması sebebiyle daha az ısınmaktadır. Daha az voltaj sarfiyatı ile enerji ihtiyacı düşürülmüş ve böylece kullanıldığı dizüstü/mobil bilgisayar sistemlerinin pil ömrünü uzatmıştır.

• Static Random Access Memory (SRAM)

Bu tip RAM'lerde veriler yüklendikten sonra sabit kalmaktadır. Bu nedenle enerjisini sürekli yenilenmesi gerekmemektedir. SRAM’ler; DRAM'den daha h izli ve daha güvenilirdir ancak DRAM’ler kadar yaygın değildir. SRAM'lerin üretim maliyetleri DRAM'lere oranla çok daha yüksektir. Önbellek olarak kullanılan L1, L2 ve L3 cacheler de SRAM teknolojisi kullanılmaktadır.

SRAM’de her 1 bitlik veri 4 transistörde toplanmaktadır. 2 tane ek transistor okuma ve yazma işlemleri boyunca 4 transistöre yardımcı olmaktadır. Yani bellekte 1 bitlik veri depolamak için 6 transistor kullanılır. Bu nedenle SRAM teknolojisi pahalı bir teknoloji olmakla beraber DRAM’lere göre çok daha hızlı çalışmaktadır.

DİGER BELLEK ÇEŞİTLERİ

• EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory);

Bu tip belleklerde elektrik kesintisinde bilgi kaybolmamaktadır. EPROM’ların içinde bulunan veriler temizlenerek yeniden programlanabilir ancak sadece okunabilir şekilde çalışmaktadır. Dinamik bir yazma işlemi gerçekleştirilememektedir. Bilgisayarlar ana kartlarına ait BIOS (Basic Input Output System) sistemlerinde kullanılmaktadır. (BIOS bilgisayarların açılması ve gerekli donanımları ana kartın tanıması için kullanılan küçük yazlımdır.) EPROM’lar üzerinde bulunan verileri uzun sureler boyunca saklayabilmektedir.

• NVRAM (Non Volatile Random Access Memory - Kalıcı Rasgele Erişilebilir Bellek);

Yönlendirici (router), anahtar (switch) ve benzeri ağ cihazlarında kullanılan bellek turudur. Bu tip RAM’lere veriler yazıldıktan sonra elektrik enerjisi kesilse bile veriler kaybolmamaktadır.

• Video RAM;

Ekran kartlarında kullanıldığından bu şekilde adlandırılmaktadır.

• Flash Memory;

Elektrik enerjisinin olmadığı durumlarda verileri hafızasında tutabilen yapıya sahiptir. Flash Memory’ler EPROM’un bir çeşididir. Tek farkı Flash Memory’lere veri yazma işlemi de yapılmaktadır.

Bellek yuvaları

Bellekler ana kart üzerinde çeşitli yuvalara (socket) yerleştirilmektedir. Ana kart üzerindeki bellek yuvaları sahip oldukları veri yolunun genişliğine göre DIMM (Dual Inline Memory Module) ve SIMM (Single Inline Memory Module) gibi kısaltmalarla adlandırılmaktadır. Dizüstü bilgisayarlarda kullanılan bellekler daha az yer kaplamaları amacıyla daha küçük olarak imal edilmekte ve MicroDIMM veya SODIMM olarak isimlendirilmiştir.

• SIMM (Single Inline Memory Module);

RAM’in ana kart üzerine montajının yapıldığı soketin adıdır. SIMM modüllerde 72 pin ve 30 pin ayağı olan iki soket tipi vardır. EDO ve FPM belleklerin montesi için kullanılmaktadır.

• DIMM (Dual Inline Memory Module);

SIMM in çalışma hızının 2 kat artırılacak şekilde getirilmiştir. DIMM soketler 168, 184, 240 pin sayısına sahiptir. SDR, DDR, DDR2, DDR3 belleklerin montesi için kullanılmaktadır. Farklı pin sayısına sahip bellekler, farklı pin sayısına sahip DIMM yuvalarına üzerlerinde bulunan centik yerlerinin farklı olması sebebiyle yerleştirilememektedir.

• SODIMM (Small Outline DIMM) ve MicroDIMM;

Dizüstü bilgisayarlarda kullanılmak için tasarlanmıştır. DIMM yuvaları ile ayni özelliklere sahip fakat boyut olarak daha küçüktür. SDR SODIMM 100 veya 144, DDR1 SODIMM 200, DDR2 SODIMM 200, DDR3 SODIMM 204 pin olarak üretilmiştir.

SDR MicroDIMM 144, DDR1 MicroDIMM 172, DDR2 MicroDIMM 172, DDR3 MicroDIMM 214 pin olarak üretilmiştir.

• RIMM;

RDRAM bellekler için tasarlanan RIMM yuvaları 184 ve 232 pine sahiptir.

• SORIMM;

Dizüstü RDRAM belleklerde kullanılan SORIMM yuvaları 160 pin iğneye sahiptir.