Merhabalar!
Bu yazımızda RAM’imizin iç devresini tasarlamaya başlayacağız. Atacağım devre dosyaları Logisim programından olacak. Tamamen sıfırdan kendi RAM’inizi inşa edip, simüle edip test edebileceksiniz :)
RAM’imiz nasıl bir şey olacak?
RAM’imizin iç devresini tasarlamadan önce içi hazır bir eleman olarak düşünüp sadece giriş ve çıkışlarını tasarlayalım. Yani genel hatlarını belli edelim.
RAM’imiz 2⁸x8 boyutlarında olacak. Buradaki ilk değer RAM’in içindeki hücre sayısıdır. Yani 2⁸ tane çekmeceden oluşan bir dolap gibi düşünülebilir.
İkinci değer (8) ise her çekmecenin içinde saklanan bit sayısıdır.
Yani 2⁸=256 tane hücremiz var, her hücrede de 8 bit saklıyoruz.
Dolayısıyla RAM’imiz 2048 adet 0 veya 1 saklıyor 8 bit = 1 byte olduğundan 256 Byte’lık bir RAM’imiz olacak.
Eğer 1GB’lık bir RAM yapmak isteseydik:
1GB için 2³⁰x8
2GB için 2³¹x8
4GB için 2³²x8
bir RAM tasarlayacaktık.
32 bit işlemcilerin olduğu sistemlere 4GB’dan fazla RAM takılamamasının sebebi en fazla 2 üzeri 32’ye kadar adres tutabilmesidir. Yani 2³²’den ekstra 1 tanecik fazla da olsa hücreyi adresleyemez, veriyi saklayamaz, tanımlayamaz, saklaması için 33. yeni bir bite ihtiyacı var.
64 bit sistemler ise 2⁶⁴ yani “18 446 744 073 709 551 616 Byte” hafızaya sahip olacak kadar adresleme yapabilir, bu da yaklaşık “17 179 869 184 GB” yapıyor :) (4GB’ye göre gerçekten yüksek bir rakam)
Yani 64 bit işlemciye sahip bir bilgisayarınız varsa 17 Milyar GB RAM’e kadar yükseltme yapabilirsiniz (tabi gerçek hayatta adres tutmak için 64 bitin hepsi ayrılmaz :))
RAM Çipimizin Genel Tasarımı
RAM Çipimizin Genel Tasarımı.
Y: Yüksek Değerlikli Bit (2⁷)
D: Düşük Değerlikli Bit (2⁰)
CS (Chip Select): RAM çipimizi aktif eden giriş.
R’/W: Okuma yapmak için 0 (R’) Yazma yapmak için 1 (W) değeri verilmesi gereken girişimiz.
–
Çipimiz tamam, peki işlemci ile veri alışverişini nasıl sağlayacak? Çıkışları direk işlemciye mi bağlayacağız? Eğer öyle ise her yaptığımız eleman için işlemcide ayrı ayrı çıkışların mı olması gerek?
Veri Aktarım Yöntemi
Normal şartlarda iki şekilde bir çipi başka bir çip ile haberleştirebilirsiniz:
1. Direkt olarak birinin çıkışlarını diğerinin girişlerine bağlarsınız
2. İki veya daha fazla çipi ortak bir tane veri yoluna bağlayıp, Çip Seçim girişleri ile sadece konuşturmak istediğiniz çipleri aktif ederek veri aktarımını sağlarsınız.
(Örneğin SSD’den veri okuyacağım, o zaman SSD’yi aktif edip diğerlerini pasif halde tutarım. Veya RAM’den veri okumak istiyorum, diğerlerini pasif hale getirip bu sefer de sadece RAM’i aktif ederim)
Ortak veri yolu kullanan çiplerin Chip Select girişi kullanılarak veri yoluna bağlanması.
Gelelim artık RAM Hücresine!
Güzel bir söz var:
“Baharı icad etmeyen, bir elmayı icad edemez. Zira o elma, o tezgâhta dokunuyor. Bir elmayı icad eden, bir baharı icad edebilir…”
Bunun RAM ile alakası ise;
Milyarlarca biti saklayabilmek için önce 1 biti saklayabilmek gerek, 1 biti saklayamayan milyarları saklayamaz. Milyarları saklayabilen 1 biti saklayabilendir.
Yani önce tek bir biti saklayabilen bir “RAM Hücresi” yapıp sonra bunu istediğimiz sayıda kopyalarak istediğimiz boyutta RAM elde edeceğiz.
Ramimize 1 bitlik veri saklama işini gerçekleştirecek temel RAM Hücresi. İç planı ve dışarıya soyutlanmış halleri.
Hücremizin içinde kullandığımız devrede ilginç bir eleman görebilirsiniz. (D Q ve CLK yazan)
Bu eleman ilk derste gösterdiğim AND-OR-LATCHE yani Ve-Veya Mandalı’nın birazcık daha değişik hali.
Ve-Veya mandalı SET kısmına 1 verilince verimiz 1 Reset kısmına 1 verilince verimiz 0 oluyordu.
Biz ise Set-Reset mantığı yerine,hangi veriyi verirsek onu saklayan bir mandal ( veya daha gelişmişi: Flip/Flop ) istiyoruz.
D-Tipi Flip Floplar da bu görevi gerçekleştiriyor.
Merak etmeyin, baştaki mandalımıza 2 VE ve 1 Değil kapısı ekleyerek D-Tipi F/F elde edebiliriz.
Logisim programında tasarladığım çalışan bir D-Tipi F/F’nin görüntüsü şu şekilde: (yani RAM hücremizin içindeki D Q ve CLK yazan devre elemanının içi)
Logisim programında çalışan bir D tipi F/F devre dosyası
Kırmızı çizgi ile ayırdığım kısmın sağında kalan parçalar ilk dersimizdeki Ve-Veya mandalı. Ek olarak sadece soldaki 2 tane VE, 1 tane Değil kapılarını ekledik.
Bu bağlantıları neye göre yapacağımızı ve hangi kapıları ekleyeceğimizi D-Tipi F/F’lerin doğruluk tablosunu çizerek kendiniz de elde edebilirsiniz. (ipucu olarak Data ve CLK girişlerine karşılık Set ve Reset çıkışlarının durumları tablosunu kullanarak devreyi elde edebilirsiniz.)
RAM Hücremiz tamam. Hadi şimdi bununla bir RAM yapalım!
Bu yazı hem biraz uzun oldu, hem de RAM’in direkt olarak iç dizaynını ayrı bir yazıda ele almak amacıyla (tüm her şey tek bir yazıda toplanıp çorba gibi olmasın, ayrı ayrı düzenli olsun) en iyisi bir sonraki yazıya bırakalım :)
Serimizin son yazısı olacağını tahmin ettiğim 0 → RAM | 6) Ve RAM! Yazımızda görüşmek üzere.
Esenlikler ve mutluluklar içinde kalınız.
Selamün aleyküm.