ROM Bellekler (Read Only Memory- Yalnız Okunabilir Bellek)

ROM Bellekler (Read Only Memory- Yalnız Okunabilir Bellek)

Eprom

Bilgisayarlar komutları ve verileri depolamak için RAM bellekler kullanırlar. çalışma sırasında RAM' lar aynı zamanda ara değerlerin ve sonucun saklanmasında da kullanılır. çalışma bittikten sonra elde edilen değerler RAM' dan başka manyetik ortamlı bellek elemanlarında saklanmalıdır. çünkü, RAM'lar bilgileri sistemde güç olduğu müddetçe üzerinde tutarlar. Sistemde sürekli olarak kalması istenen bilgilerin yavaş çalışan manyetik depolama ortamlarında saklanması yerine iç belleklerde güç kesilse dahi kalması maksadıyla sadece okunan bellekler denilen ROM (sadece okunabilen bellek) bellekler geliştirilmiştir. ROM bellekler genelde sistemin çalışmasını kontrol eden bir dizi işletim sistemi komutunun veya logaritmik ve trigonometrik tabloların saklanmasında kullanılırlar.

ROM tipi belleklere bilgisayar kartlarının üretimi sırasında üretici firmalar tarafından sistemi destekleyen programlar bir defa olmak üzere yazılırlar. Bu tip
çipler bilgisayar kartlarına takıldıktan sonra sisteme, sadece bilgi vererek çalışırlar. ROM'lara yapıları itibarıyla veri yazma imkânı yoktur. Mikroişlemci, sistemin her açılışında açılış bilgilerini ROM bellekte hazır halde bulur. Bir defa kullanılan bu tip bellekler daha sonraları kullanıcılar tarafından da programlanabilecek şekilde üretilir. Kullanıcı uyarladığı sistemine uygun yazdığı işletim sistemi programını kendisi Programlanabilen ROM (PROM) belleğe yazabilecektir.

Mikroelektronik teknolojisindeki hızlı gelişmeler sayesinde hem silinebilen hem yazılabilen ROM bellek tipleri geliştirildi. EPROM denilen bu bellekler morötesi veya güneş ışığına tutularak silinip tekrar geri yazılabilmektedir. Bu belleği silmek için uzun süre geçmesi gerektiğinden daha sonra Elektrikle silinip tekrar programlanabilen ve günümüzde oldukça yaygın kullanılan EEPROM bellekler üretildi.İki basit ROM teknolojisi vardır. Bunlar bipolar ve MOS'dur. Bipolar erişim hızı yaklaşık olarak 50-90 ns. iken, MOS ROM belleklerin erişim zamanı büyüklük derecesi olarak daha yüksektir. PROM tipi bellekler her iki teknolojiyi kullanırken EPROM'lar sadece MOS teknolojisini kullanır.
 

Rom Yapısı

Sadece okunan bellek, seçilerek oluşturulan açık ve kapalı tek yönlü kontaklar dizisidir. Şekilde görülen 16-bitlik dizide adres hattının yarısı kodlanarak dört satır hattından birisinin enerjilenmesinde diğer yarısı da sütun seçiminde ve sütun sezici yükselticilerden birisinin yetkilendirilmesinde kullanılır. Satır ve sütun hatlarının aktifleştirilmesiyle kapalı olan kontakla birleşen sıra hattı mantıksal 1, açık kontaklar mantıksal olarak 0 kabul edilir. Sadece okunan bellek tiplerindeki birinci farklılık, hücrenin tasarımında kapalı veya açık kontakların biçimlendirilmesidir. Maskeli ROM kontakları, yarı iletkenin son üretim aşamasında küçük iletken jampırlarının eklenmesi veya eklenmemesi şeklinde yapılır. Bipolar programlanabilir ROM'lardaki kontaklar, kullanıcı tarafından üretildikten sonra açık devre haline getirilebilen sigorta maddesinden yapılır. Entegre devreler (lC), silikon katmanların bir dizi foto maskeleme, yarı iletkenin istenmeyen yerlerin kimyasal yöntemlerle giderilmesi, örnek bileşimlerini oluşturmak ve katman yüzeyleri arasındaki bileşimleri gerçekleştirmek için yayılma gibi işlemler uygulanarak fabrikasyon üretimiyle yapılır.

 

Programlanabilir ROM

Kullanıcı tarafından kendi örnek modellerine göre elektrikle programlanabilen ROM'ların üç tipi vardır. İlk PROM nikel krom karışımından meydana gelen sigorta teknolojisiyle yapılmıştır. Nikel ve krom maddesi, PROM içerisindeki sütun hatlarının çok ince film şeklinde birleştirilmesi için kullanılır.
Yüksek bir akım bu bağlantının açılmasına yani satır ve sütun hattının patlamasına sebep olur. Bu bellek tipindeki hücre Şekil 'de görüldüğü gibi, bir

anahtar transistör ve nikrom sigortadan meydana gelmekledir. Nikel krom sigortanın patlatılması sırasında oluşan yol ayrımı açıklığının tam ağlanamamasıdır. Bazı hatlarda tam bir açıklık sağlanırken bir veya birkaç sigorta patladığı halde metal bileşmesi olabilmekledir. PROM'un ikinci bir sigorta modeli polikristalin denilen silikon maddeden yapılan bellektir. Bipolar ROM'larda bu madde hariç nikelkrom sigortalarda olduğu gibi aynı özellikleri içerir. Bu tip bellekle sigortayı attırmak için 20-30 mA'lik akımlı bir dizi geniş bir darbeler kullanılır. üçüncü bipolar PROM tipi kısa devre bağlantısıdır. Bu hücrede D1 diyodu ters polarlandırılma sırasında üzerindeki ters yönlü yüksek elektron akım baskısı, alüminyum atomlarının emiter kontağından emiter-baza doğru geçmesine sebep olurken aynı zamanda emiter-bazı kısa devre yapar.
 

EPROM Bellek

Maskeli ROM veya PROM kullanıldığında, eğer bellek değeri değiştirilecekse veya başlangıç programlamasında bir hata yapılmışsa, bu tip hataları değiştirmek veya yeniden programlamak mümkün değildir. Buna benzer istenmeyen durumları ortadan kaldırmak için üreticiler EPROM denilen silinebilen ve yeniden programlanabilen bellek tiplerini geliştirdiler.

EPROM çipleri üzerinde içerisindeki program veya değerleri silmek için bir pencere açılmıştır. Bu pencereden program belli bir zaman güneş ışığına veya morötesi ışınlara tutularak silinmektedir. Bu bellekleri programlamak için EPROM programlayıcı denilen özel cihazlar geliştirilmiştir. mümkündür.Birincisi transistörün çalışıp-çalışmamasını sağlayan seçme kapısı, diğeri taban ile seçme kapısı arasına konulan serbest kapıdır. Serbest kapıya şarj gerilimi, seçme kapısı enerjilendiğinde ve transistör kaynağına geniş bir darbe uygulanmasıyla elde edilen izolasyon oksitli yüksek enerjili elektronların enjeksiyonuyla sağlanır.

Serbest kapıda tutulan şarj, transistörü seçme kapısı aktiflendiğinde çalışmaktan korur. Bu eleman üzerinde 1 bitlik bilgi tutmada kullanılabilir. EPROM'un sıra seçim hattına uygulanan pozitif bir sinyal eğer serbest kapı şarja tutulmamışsa Q transistörü çalışır. Bu durum G/ç hattına bağlı olan sezici devre tarafından mantıksal 1 olarak yorumlanır. EPROM belleklerin ışığa duyarlı ortamlarda silinmesinin zaman alıcı olması ve fazladan bir silici cihaz gerektirmesi
bunların yerine daha sonraları EEPROM denilen elektrikle silinip programlanabilen ROM'lar yapılmıştır. özel olarak yapılan bir cihazdan verilen uygun gerilimlerle çok kısa bir sürede silinebilir. Bu bellek cihazının mahsurları, EEPROM'u programlamak için bulunduğu devredeki yerinden çıkartmak ve silmek için farklı gerilimlerin kullanılmasıdır.

 

Flaş Bellekler

Son zamanlarda sistem kapandığında içindeki bilgileri yok etmeyen ve adına flaş bellek denilen çiplerinin piyasaya sürülmesinle birlikle, taşınabilir (portable) bilgisayarlarda bu elemanlar bir floppy veya sabit disk olarak kullanılmaya başladı. Flaş bellekler prensip olarak EEPROM tipi belleklere benzemekle birlikte sadece hücresinde kullanılan tünel oksit maddesi EEPROM'dan daha incedir. Programlama silme geriliminin 12 Volt olmasıyla, herhangi bir problemsiz programlama ve silme çevrimi gerçekleştirilebilir. Bellek hücre dizisiyle birlikte ek olarak flaş bellekte kontrol devreleri ve kaydediciler vardır. Bu yapısından dolayı programlama ve silme işlemi farklı yollardan yapılır. Flaş bellek veriyi kaybetmeyecek şekilde DRAM veya SRAM bellek iplerinin elastikiyetine yakın bir formda programlanır. Flaş belleğin ana parçasını hücreler dizisi oluştururken etrafı, hücre adres sinyalini alarak sıra ve sütun kod-çözücülere aktaran adres tamponuyla sarılıdır.Sıra ve sütun kod-çüzücüsü bir veya birden çok bit hattı çiftini seçer. Okunan veri dışarıya veri giriş-çıkış tamponu vasıtasıyla çıkarılırken yazmak için adres tespitiyle birlikte bu tampon ve G/ç kapı devresi kullanılır.

programlanır. Fakat EEPROM'a göre silme işlemi çipten çipe değişir. Flaş belleğin silinmesi, flaş kontrol devresi ve silme gerilim anahtarları tarafından bellek hücre dizisine uygulanan darbelerle gerçekleşir ve yaklaşık 1 mikrosaniye içinde belleğin tamamı bilinebilmektedir. Programlama, okuma ve silme işlemi harici bir mikroişlemci tarafından flaş kontrol devresindeki komut kaydedicisine yazılan 2-baytlık komutlarla gerçekleştirilir.
 

Flaş bellekle kullanılan komutlar ve özellikleri şöyledir:

a) Belleği oku

b) Veri tanımlama kodunu oku

c) Sil/Sil kurulumu

d) Sil - sağlamasını yap

e) Program/Program kurulumu

f) Program - sağlamasını yapar

Flaş belleklerin az yer kaplaması, yüksek kapasiteli oluşu ve az enerji harcamasından dolayı yakın zamanlarda taşınabilir bilgisayarlarda floppy ve sabit disklerin yerine kullanılmaya başlamıştır. Disk veya disketlerdeki elektrik şokları, hassasiyet, mekanik arıza ve nem gibi mahsurlar flaş bellek kartlarında mevcut değildir. Sabit bir diskle veri transfer oranı saniyede 1 Mbayt'ken flaş kartta 16 Mbayt'tır. 10 Kbayt'lık gruplar halinde verinin yazılması sabit diskle 46 ms. çekerken flaş kartta 06 ms. çekmektedir. 1995itibarıyla 40 Mbaytlık flaş kartlar satılmaktadır.
 

Flaş bellekler artı olarak:

1. ROM'dan kod alınıp DRAM'da işletimden dolayı oluşan gereksiz işlemleri ortadan kaldırması ve tasarımda uçmayan bir yedek depolama sağlamasından DRAM+ROM ikilisinin yerme.

2. Batarya yedeklemeli RAM (SRAM)'ların yerine batarya kullanmadan,

3. EPROM'ların yerine devre-içi tekrar programlanabilir olmasından dolayı hızla yayılmıştır.
 

Bellek Adresleme ve Adres çözme Tekniği

Eğer kullanılan sistemde tek bir bellek çipine gerek varsa veya gerek duyulan bellek kapasitesini tek bir çip sağlıyorsa bellek adreslemesi yani adres çözme tekniği çok kolay olacaktır. Sistemde birden çok bellek çipinin kullanımı ile çiplerin hangisinden okuma veya hangisine yazma yapılacağının elirlenmesinde uygun adres çözme tekniği kullanılmak zorunludur. 8-bitlik 6502 mikroişlemcisi kullanan sitemlerde 16 adet farklı adres yolu belirli adresleri tanımlamada kullanılır. Bu adres hatlarından yüksek değerlikli olanlar bellek çiplerinin tanımlanmasında kullanılırken diğerleri seçilen çipteki tam bellek alanının bulunmasında kullanılmakladır. 16-bitlik adres yoluyla adres kod-çözücü kullanmadan tek bir çip üzerindeki 65536 adet adres alanı tanımlanabilir (216 = 65536 = 64K). Eğer sistemin adres uzayında kendine has yer tutan dört adet eleman (iki adet RAM, bir adet ROM ve bir adet G/ç çipi) kullanılmak isteniyorsa, mevcut adres hatlarından yüksek değerlikli dört adres hattı dört çipten birisinin seçimi için ya doğrudan çip seçme olarak ya da adres kod-çözücüsüne çip seçme sinyali üretmesi için giriş olarak ayrılır. Geri kalan 12 adres hattı çip üzerindeki bellek alanlarının bulunmasında kullanılır. Dört adet çip 4K x 4 = 16K yaparken geri kalan adres hatları sistemdeki RAM tipi çiplere veya başka ROM'lara ayrılabilir. Adres kod-çüzücüsü kullanılmadan birden fazla çip kullanılarak bellek adreslenmesinde bir anda sadece tek bir bellek çipi doğrusal bir seçimle aktif yapılabilir.Yani çip seçimi için ayrılan yüksek değerlikli adres hatları A15, A14, A13 ve A12'den sadece birisi mantıksal 1 olabilir. Aynı anda iki çipin birden mantıksal 1 ile seçilirse, aranan adresin hangisinde olduğu bilinemeyeceğinden sistem kilitlenecektir. Tabloda görüldüğü gibi, Yüksek değerlikli adres hatlarından aynı anda bir tanesinin mantıksal 1 taşımasıyla sadece bir çip seçilebilir. Buna göre yüksek değerlikli adres hatlarından A12 mantıksal 1 diğerleri (A13, A14 ve A15) mantıksal 0 olduğunda, diğer adres hatlarına göre 1000H-1FFFH adresler arası seçilmiş olur ve bellek haritasına göre bu adresleri RAM 1 kullanmaktadır.

Diğer adres hatlarına konulan bitler bu adresler arasını temsil eder. üçüncü olarak A14 adres hattının 1 olmasıyla 4000H-4FFFH adresler arası seçilir ve bu adresi G/ç çipi kullanmakladır. Dördüncü durumda A15 adres hattı mantıksal 1 olduğunda 8000H - 8FFFH adresler arası seçilir ve bu alanı ROM çipi kullanmakladır. Meselâ, bu tip bir oluşumda 1012H adresinden bir veri okumak için 0001000000010010B bilgisi 16-bitlik adres yoluna konulur. Burada 12. adres biti 1. RAM çipini işaret ederken diğerleri gerçek adres alanını gösterir. Bu sırada işlemciden R/W ile mantıksal 1 gönderilerek veri yoluna alınır. Adres kod-çözücüsüz bu sistemdeki problem, yukarıda kullanılan adres bloklarının (bellek haritası) dışında kalan boşluklara sistem tarafından erişilememesidir. Eğer kullanılmayan alanların bulunduğu adreslerden birisi seçildiğinde, aynı anda iki veya daha fazla çip seçilebilir. Bu adresleme tekniği küçük mikrobilgisayarlar için geçerli olabilir fakat, büyük bellek kapasitesi isteyen sistemler, için için yetersiz kalabilir. Büyük sistemler için bazı adres kod-çözme formları gereklidir. Bu tekniklerde mantık kapıları veya adres kod-çözücü çipleri birkaç yüksek değerlikli adres hatlarını deşifre ederek birçok bellek çiplerinin seçilmesinde kullanılır. Şekilde ilk kullanılan adres kod-çözücülerinden 74LS138 ve işlev tablosu görülmektedir. Adres kod-çözücüdeki E1, E2 ve E3 girişleri kod-çözücü çipin yetkilendirilmesinde kullanılırken A, B ve C girişleri bellek çiplerinin seçiminde kullanılmaktadır. 74LS138, 3'ten 8'e adres kod-çözücü çipinin doğruluk tablosuda görüldüğü gibi E1 ve E2 uçlarındaki sinyalin mantıksal 1 olması çiplerin seçilmesini engeller.

Yetkilendirme girişleri uygun düzeyde tutulduktan sonra A, B ve C girişlerindeki sinyal değişimleri adres kod-çözücü çıkışlarından aynı anda sadece birisinin mantıksal 0 çıkmasını sağlar. Bu 0 değeri, bulunduğu hatta bağlı olan bellek çipinin seçilmesini mümkün kılar. Dört adet 4K'lık EPROM'un kullanıldığı bir sistemde 16K'lık bellek alanında bir adresin seçilmesi için üç girişli ve sekiz çıkışlı bir adres kod-çözücü kullanmak yeterlidir.

16-bit adres yolunda 2(16-2)=214=16384 bellek alanının hepsini kullanmak için 4 adet 16K'lık bellek çipi kullanmak gereklidir.