Bellek Teknolojileri ve DRAM
Bellek teknolojileri, ana bellek düzeyinde veri depolayan fiziksel aygıtlardır; bunlar başlıca kapasite için dinamik RAM (DRAM) ve hız için statik RAM (SRAM) olup, zamanlamaları, bant genişlikleri ve organizasyonları bellek hiyerarşisinin performans tabanını belirlemektedir.
Tanım
Bellek teknolojileri, bilgisayar belleğini uygulamak için kullanılan yarı iletken ve ilgili aygıtlardır; en önemlisi her biti bir kapasitör üzerinde yük olarak depolayan ve periyodik olarak yenilenmesi gereken DRAM ile bitleri daha hızlı ancak daha az yoğun depolama için mandallarda (latches) depolayan SRAM'dir.
Kapsam
Bu konu, belleğin arkasındaki aygıt teknolojilerini kapsamaktadır: önbelleklerde kullanılan SRAM hücreleri, DRAM hücreleri ve yenileme (refresh) ihtiyaçları, DRAM'in bankalar, satırlar ve sütunlar halinde organizasyonu, zamanlama parametreleri ve standartları (DDR aileleri gibi), bellek bant genişliği ve kanalları ile gelişmekte olan kalıcı bellekler (non-volatile memories). Önbellek ve işletim sistemi düzeyindeki bellek yönetimi (önbellek organizasyonu ve politikaları, sanal bellek ve sayfalama) ve kalıcı ikincil depolama aygıtları (secondary storage devices) bu kapsam dışındadır.
Temel sorular
- SRAM ve DRAM hücreleri hız, yoğunluk, maliyet ve güç açısından nasıl farklılık gösterir?
- DRAM neden yenilenmelidir ve bankalar, satırlar ve sütunlar halinde nasıl organize edilmiştir?
- DRAM erişimini ve bant genişliğini hangi zamanlama parametreleri ve standartlar yönetir?
- Gelişmekte olan kalıcı bellekler (non-volatile memories) bellek hiyerarşisine nasıl uyum sağlar?
Anahtar kavramlar
- SRAM hücresi
- DRAM hücresi ve yenileme (refresh)
- bankalar, satırlar ve sütunlar
- satır etkinleştirme ve ön şarj (precharge)
- DDR bellek standartları
- bellek bant genişliği ve kanalları
- bellek gecikmesi (latency)
- kalıcı bellek (non-volatile memory)
Mekanizmalar
Bir SRAM hücresi, bir biti küçük bir mandalda (latch) tutar, bu da hızlı erişim ancak düşük yoğunluk sağlar. Bir DRAM hücresi, bir biti küçük bir kapasitör üzerinde yük olarak depolar; bu yük sızar ve periyodik olarak yenilenmesi gerekir. DRAM yongaları, satır ve sütun bankaları halinde organize edilmiştir; bir erişim, bir satırı algılayıcı-amplifikatör (sense-amplifier) arabelleğine etkinleştirir, ardından buradan sütunları okur veya yazar. Çift veri hızı (DDR) arayüzleri ve çoklu kanallar bant genişliğini artırırken, gecikme (latency) ise satır etkinleştirme ve sütun erişim zamanlamaları tarafından belirlenir.
Klinik önem
İşlemciler belleği büyük ölçüde geride bıraktığı için, DRAM özellikleri — gecikme (latency), bant genişliği ve satır etkinleştirme maliyeti — sistem performansını doğrudan şekillendirmekte ve tüm önbellek hiyerarşisini motive etmektedir. DRAM'in özellikleri ayrıca Rowhammer bozucu etkisi gibi güvenilirlik ve güvenlik endişeleri de yaratmakta ve gelişmekte olan kalıcı bellekler (non-volatile memories), sistemlerin bellek ve depolamayı birleştirme şeklini yeniden biçimlendirmektedir.
Tarihçe
Robert Dennard, 1966-1968 yılları arasında IBM'de tek transistörlü DRAM hücresini icat etmiş ve DRAM, baskın ana bellek teknolojisi haline gelmiştir. Ardışık senkron ve çift veri hızı (DDR) standartları, on yıllar boyunca bant genişliğini artırırken, SRAM yonga üzerindeki önbelleklerin teknolojisi olarak kalmıştır. Kalıcı (non-volatile) ve yığılmış bellekler daha sonra kapasite ve kalıcı bellek sınırını ele almak için ortaya çıkmıştır.
Öne çıkan isimler
- Robert Dennard
- John L. Hennessy
- David A. Patterson
- Bruce Jacob
İlgili konular
Temel eserler
- hennessy2019
- jacob2008
Sıkça sorulan sorular
- DRAM neden yenilenmeye ihtiyaç duyarken SRAM duymaz?
- DRAM, her biti bir kapasitör üzerinde yük olarak depolar ve bu yük yavaşça sızar; bu nedenle içeriğin kaybolmaması için periyodik olarak okunup yeniden yazılması (yenilenmesi) gerekmektedir. SRAM ise her biti güç sağlandığı sürece durumunu koruyan bir mandalda (latch) tutar, bu nedenle yenilemeye ihtiyaç duymaz.
- SRAM neden önbellekler için, DRAM ise ana bellek için kullanılır?
- SRAM çok daha hızlıdır ancak bit başına daha büyük ve daha pahalıdır, bu da onu küçük, hız açısından kritik önbellekler için ideal kılar. DRAM ise bit başına daha yoğun ve daha ucuzdur ancak daha yavaştır, bu da onu kapasitenin ham gecikmeden (raw latency) daha önemli olduğu büyük ana bellek için uygun hale getirir.