Bilgisayar Belleği Nasıl Çalışır?

Belleğin temel amacı -insan ya da makine- bir süreliğine bilgi kaydını tutmaktır. İnsan hafızasıyla ilgili gerçekten göze çarpan şeylerden biri unutmanın son derece iyi olmasıdır . Bir kerede çok fazla şeye dikkat edebileceğimizi düşününceye kadar bu büyük bir kusur gibi görünüyor. Diğer bir deyişle, unutmak büyük olasılıkla zeki bir taktiktir ve gündelik hayatımızın sonsuz dağınıklığında hemen alakalı ve önemli olan şeylere odaklanmamıza yardımcı olan – gerçekten önemli olana konsantre olmanın bir yolu. Unutmak, yeni eşyalara yer açmak için dolabınızdan eski önemsiz şeyleri çıkarmak gibidir.

Bilgisayarlar hiçbir şeyi insan beyninin yaptığı gibi hatırlamaz veya unutmaz. Bilgisayarlar ikili olarak çalışır ya bir şey biliyorlar ya da bilmiyorlar – ve bir kez öğrendikten sonra, bir tür felaket engellemediğinde, genellikle unutmazlar.

İki tür bellek

İnsan beyni ve bilgisayarlarının ortak bir özelliği, farklı bellek türleri olmalarıdır. İnsan hafızası aslında kısa süreli bir “çalışma” hafızasına (beynimizle yakın zamanda gördüğümüz, duyduğumuz veya işlediğimiz şeylerin) ve uzun vadeli bir hafızaya (öğrendiğimiz gerçeklerin, yaşadığımız olayların) , nasıl yapılacağını bildiğimiz şeyler vb. genellikle daha uzun süre hatırlamamız gerekir). Tipik bir bilgisayarın iki farklı bellek türü de vardır.

Verileri (bilgisayarlı bilgiler) çok hızlı bir şekilde depolayabilir ve alabilir , böylece bilgisayarın üzerinde çalıştığı her şeyi işlemesine yardımcı olmak için kullanılır. Genellikle dahili bellek uçucudur , yani güç kapatılır kapatılmaz içeriğini unutur. Bu nedenle bilgisayarlarda da yardımcı bellek (veya depolama) denen şey bulunur, bu da güç kesildiğinde bile işleri hatırlar. Tipik bir PC veya dizüstü bilgisayarda, yardımcı bellek genellikle bir sabit sürücü veya flash bellek tarafından sağlanır . Yardımcı hafıza da denir, çünkü daha eski, daha büyük bilgisayarlarda, ana bilgisayar kutusuna bir kablo ile bağlanan tamamen ayrı bir makineye yerleştirilmiştir. Benzer şekilde, modern PC’ler genellikle USB flash bellek çubukları, SD bellek kartları ( dijital kameralar gibi şeylere takılır), sabit sürücüleri takar.

Uygulamada, ana bellek ile yardımcı bellek arasındaki fark biraz bulanıklaşabilir. Bilgisayarların sınırlı miktarda ana belleği vardır (genellikle modern bir bilgisayarda 512MB ile 4GB arasında bir yerde). Ne kadar çok sahiplerse, bilgiyi o kadar hızlı işleyebilirler ve işleri daha hızlı gerçekleştirirler. Bir bilgisayarın ana belleğinde yer olduğundan daha fazla alan depolaması gerekiyorsa, geçici olarak ana bellekten sanal bellek adı verilen şeydeki sabit sürücüsüne daha az önemli şeyleri biraz yer açmak için taşıyabilir. Bu olduğunda, bilgisayar sanal belleği ile gerçek (ana) belleği arasında veri okurken ve yazarken sabit diskin çok yüksek hızda tıkladığını duyarsınız. Sabit disklerin erişilmesi bellek yongalarından daha fazla zaman aldığından, sanal bellek kullanmak ana belleği kullanmaktan çok daha yavaş bir işlemdir ve bilgisayarınızı gerçekten yavaşlatır. Temelde daha fazla belleğe sahip bilgisayarlar daha hızlı çalışır.

RAM büyümesi

Günümüzün makineleri, erken ev bilgisayarlarından çok daha fazla RAM’e sahiptir. Bu tablo, Apple bilgisayarlar için, orijinal Apple I’den (1976’da piyasaya sürüldü) iPhone 11 akıllı telefonuna (kırk yıl sonra piyasaya sürüldü) yaklaşık yarım milyon kat daha fazla RAM ile birlikte tipik RAM miktarlarını gösteriyor! Bunlar, KB’nin yaklaşık 1000 bayt, MB’nin yaklaşık bir milyon bayt ve GB’nin yaklaşık bir milyar anlamına geldiği fikrine dayanan kaba karşılaştırmalardır . Aslında, KB, MB ve GB biraz belirsiz olabilir, çünkü bilgisayar biliminde 1KB aslında 1024 bayttır. Endişelenmeyin: bu karşılaştırmaları gerçekten çok fazla değiştirmez.)

YılmakineTipik RAM~ × Elma I
1976Elma I8KB1
1977Elma ][24KB3
1980Elma III128KB16
1984yağmurluk256KB32
1986Mac Plus1MB125
1992Mac LC10MB1250
1996PowerMac16MB2000
1998iMac32MB4000
2007iPhone128MB16000
2010iPhone 4512MB64000
2016iPhone 73 GB375000
2020iPhone 114 cigabayt500000

Rasgele ve sıralı erişim

Burada işler biraz kafa karıştırıcı olabilir. RAM, rasgele erişime sahiptir, çünkü (teoride), bilgisayarın bir RAM bellek yongasının herhangi bir kısmından herhangi birinden bilgi okuması veya yazması kadar hızlıdır. (Bu arada, çoğu ROM yongaları için de geçerlidir, ki bunlar kalıcı, RAM yongalarının örnekleridir!) Sabit diskler de geniş anlamda rastgele erişimli cihazlardır, çünkü bilgileri okumak yaklaşık olarak aynı zamanı alır.

Ancak her türlü bilgisayar belleği rasgele erişim değildir. Bilgisayarlar için, manyetik bant uzun makaraları (eski moda Sony Walkman kaset çalarlarda müzik kasetlerinin dev boyutlu sürümleri) kullanarak, bant sürücüleri olarak bilinen ayrı makinelerde bilgi depolamak için yaygındı. Bilgisayar bilgilere erişmek isterse, tam olarak istediği noktaya gelene kadar kasette geriye veya ileriye doğru birikmesi gerekiyordu; tıpkı çalmak istediğiniz parçayı bulmak için bir kaset boyunca ileri geri sarmanız gerektiği gibi. Kaset başlangıçta haklıysa, ancak bilgisayarın istediği bilgi en sonundaysa, kasetin doğru noktaya doğru ilerlemesini beklerken oldukça gecikme oldu. Kaset doğru yerdeyse, bilgisayar istediği bilgilere hemen erişebilir. Sıralı erişim : bilgi sırayla depolanır ve bir bilgi parçasının okunması veya yazılması ne kadar zaman alırsa, bandın okuma yazma kafasına ( banttan bilgi okuyan ve yazan mıknatıs) göre nerede olacağı bağlıdır.

DRAM ve SRAM

RAM, DRAM (dinamik RAM) ve SRAM (statik RAM) olarak adlandırılan iki ana çeşitte gelir . DRAM, ikisinden daha ucuzdur ve yoğunluğuna (daha küçük bir alana daha fazla veri paketler) SRAM’den daha fazla sahiptir, bu nedenle PC’lerde, oyun konsollarında ve benzeri yerlerde bulduğunuz dahili belleğin çoğu için kullanılır. SRAM daha hızlıdır ve DRAM’den daha az güç kullanır ve daha yüksek maliyeti ve daha düşük yoğunluğu göz önüne alındığında, bilgisayarın dahili veya harici belleklerinin bir parçasını oluşturan daha küçük, geçici “çalışma belleklerinde” (önbelleklerde) kullanılması daha olasıdır. Ayrıca , güç tüketimini en aza indirmenin (ve pil ömrünü en üst düzeye çıkarmanın ) son derece önemli olduğu cep telefonları gibi taşınabilir aygıtlarda yaygın olarak kullanılmaktadır .

DRAM ve SRAM arasındaki farklar, temel elektronik bileşenlerden oluşma şekillerinden kaynaklanmaktadır . Her iki RAM türü de uçucudur, ancak DRAM aynı zamanda dinamiktir (belleğini taze tutmak için ara sıra zaptedilmesi gerekir)) SRAM statiktir (aynı şekilde “yenilenmeye” gerek yoktur). DRAM daha yoğundur (daha az alanda daha fazla bilgi depolar) çünkü SRAM’nin her bit için birkaç transistöre ihtiyaç duyduğu her bilgi bitini (ikili basamak) depolamak için yalnızca bir kapasitör ve bir transistör kullanır .

ROM

RAM gibi, ROM da farklı çeşitlerde gelir. Teknik olarak konuşursak, flash bellek bir tür EEPROM’dur (elektrikle silinebilir programlanabilir ROM), bu da bilginin sadece bir elektrik akımı geçirilerek nispeten kolayca saklanabileceği veya silinebileceği anlamına gelir. 1970’lerde, silinebilir ve yeniden yazılabilir ROM’un en yaygın biçimi EPROM’du (silinebilir programlanabilir ROM). EPROM yongaları, önce devrelerinden çıkarılması ve daha sonra güçlü ultraviyole ışıkla patlatılması için nispeten zahmetli ve uygunsuz bir yöntemle silinmek zorunda kaldı . Dijital fotoğraf makinesi bellek kartınıza her yeni fotoğraf kümesi koymak istediğinizde bu uzun soluklu süreçten geçmeniz gerekip gerekmediğini düşünün.

Cep telefonları, modemler ve kablosuz yönlendiriciler gibi araçlar genellikle yazılımlarını ROM’da (beklediğiniz gibi) değil, flash bellekte depolar. Bu , bir yükseltme her geldiğinde “yanıp sönme” adı verilen bir işlemle bunları yeni bellenim (ROM’da depolanan nispeten kalıcı yazılım) ile kolayca güncelleyebileceğiniz anlamına gelir. Şimdiye kadar büyük miktarda bilgiyi bir flash belleğe kopyalayıp kopyalamadığınızı veya yönlendiricinizin ürün yazılımını, flash belleği ve yeniden programlanabilir ROM’unu yükselttiğinizi fark etmiş olabileceğiniz gibi, geleneksel RAM belleğinden daha yavaş çalışır ve yazmaktan daha uzun sürer.

Yardımcı hafıza

Arka planda manyetik bant sürücülerine sahip bir IBM System / 370 ana bilgisayar.

Modern PC’lerde kullanılan en popüler yardımcı bellek türleri, sabit disklere benzer olan sabit sürücüler , CD / DVD ROM’lar ve katı hal sürücülerdir (SSD) ; manyetik diskleri döndürmek yerine büyük miktarlarda flash bellekte bilgi depolarlar.

Ancak, uzun ve büyüleyici bilgi işlem geçmişinde , insanlar çoğu şeyi bir şeyler mıknatıslayarak depolayan her türlü diğer bellek cihazını kullanmışlardır. Disket sürücüler (1970’lerin sonlarından 1990’ların ortalarına kadar popüler) disketler hakkında bilgi depoladı. Bunlar, küçük, ince plastik çemberlerdi, manyetik malzeme ile kaplanmış, dayanıklı plastik kutular içinde dönüyordu , bu da boyut olarak yaklaşık 8 inçten 5,25 inç’e ve yaklaşık 3,5 inçlik nihai popüler boyuta kadar yavaş yavaş küçüldü. Zip sürücüler benzerdi, ancak tıknaz kartuşların içinde oldukça sıkıştırılmış bir formda daha fazla bilgi sakladı. Büyük bilgisayar bölümlerinin günümüzde verileri yedeklemek için bantları hala yaygın olarak kullandığını duymak sizi şaşırtabilir, çünkü bu yöntem çok basit ve ucuzdur. Bantları yedekleme için kullanırken yavaş ve sırayla çalışması önemli değildir, çünkü genellikle verilerinizi çok sistematik bir şekilde kopyalamak ve geri yüklemek istersiniz ve zaman mutlaka bu kadar kritik değildir.

Anılar bilgiyi ikili dosyada nasıl saklar?

Fotoğraflar, videolar, metin dosyaları veya ses, bilgisayarlar her türlü bilgiyi sayılar veya rakamlar şeklinde depolar ve işler. Bu yüzden bazen dijital bilgisayarlar denir . İnsanlar ondalık (temel 10) sistemdeki sayılarla çalışmayı sever. Diğer yandan bilgisayarlar, sadece iki sayıya (sıfır (0) ve bir (1)) dayalı olarak ikili adı verilen tamamen farklı bir sayı sistemi kullanarak çalışır . Ondalık sistemde, sayı sütunları, sola adım attıkça onlara, yüzlerce, binlerce vb. , altmış dört, vb.). Böylece ondalık sayı 55, ikili olarak 110111 olur, bu da 32 + 16 + 4 + 2 + 1’dir.

Ondalık sayıları sevmenin bir nedeni de 10 parmağımız olması. Bilgisayarların 10 parmağı yoktur. Bunun yerine, transistör adı verilen binlerce, milyonlarca hatta milyarlarca elektronik anahtar var . Transistörler, içinden geçen elektrik akımları onları açıp kapadığında ikili sayıları depolar. Bir transistörün açılması bir tanesini depolar; kapatıldığında sıfır depolanır. Bir bilgisayar, bir dizi bayrağı tutan biri gibi, ikili bir düzende bir dizi transistörü kapatarak ondalık sayıları belleğinde saklayabilir. 55 sayısı, beş bayrağı tutmak ve bunlardan birini bu modelde tutmak gibidir:

İkili kod bayrak deseni ile resimli
Ondalık olarak 55, (1 × 32) + (1 × 16) + (0 × 8) + (1 × 4) + (1 × 2) + (1 × 1) = ikili olarak 110111’e eşittir. Bir bilgisayarın içinde bayrak yoktur, ancak aynı düzende açık veya kapalı altı transistör ile 55 sayısını saklayabilir.

Bilgisayar belleğinin kısa bir geçmişi

  • 1804: Joseph Marie Jacquard tekstil dokuma tezgahlarını kontrol etmek için delikli kartlar kullanıyor. Delinmiş kartlar, bilindiği gibi, 1970’lerin başına kadar önemli bir bilgisayar belleği biçimi olarak hayatta kalırlar.
  • 1835: Joseph Henry, 20. yüzyılın ortalarında transistörler geliştirilmeden önce birçok eski bilgisayarda bellek olarak kullanılan elektromanyetik bir anahtar olan röleyi icat etti.
  • 19. yüzyıl: Charles Babbage, yerleşik, mekanik anılara sahip ayrıntılı, dişli tahrikli bilgisayarlar için planlar çizer.
  • 1947: Üç ABD fizikçisi John Bardeen, Walter Brattain ve William Shockley transistörü geliştirdiler – en modern bilgisayar anılarının kalbini oluşturan küçük anahtarlama cihazı.
  • 1949: Bir Wang manyetik çekirdek bellek için bir patent başvurusunda bulundu.
  • 1950’ler: IBM’den Reynold B. Johnson, 4 Eylül 1956’da halka duyurulan sabit diski icat etti.
  • 1967: IBM’den Warren Dalziel disket sürücüsünü geliştirdi.
  • 1960’lar: James T. Russell, Battelle Memorial Enstitüsü için çalışırken optik CD-ROM’u icat etti.
  • 1968: IBM’den Robert Dennard’a DRAM belleği için bir patent verildi.
  • 1981: Toshiba mühendisleri Fujio Masuoka ve Hisakazu Iizuka flash bellek için patent başvurusunda bulundu.

Bu ve buna benzer içeriklerimize sosyal medya hesaplarınızdan ulaşmak isterseniz, bizi youtube ve instagram hesaplarımızdan takip edebilirsiniz.

Burakhan Gögce

Burakhan Gögce

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir