Ram و انواع آن در کامپیوتر- بخش اول

سلام دوستان. بعد از مروری که در BIOS کامپیوتر داشتیم، امروز می‌خواهیم در مورد Ram و انواع مختلف اون در کامپیوتر صحبت کنیم. با ما همراه باشید.

RAM یا Random Access Memory نوعی ذخیره‌ساز داده‌ی کامپیوتری می‌باشد. یک Random Access Memory(حافظه با دسترسی تصادفی ) امکان دسترسی(خواندن و نوشتن) به اقلام داده را در کمترین زمان ممکن و صرف نظر از محل ذخیره‌سازی فیزیکی داده، درون حافظه را فراهم می‌سازد. تفاوت آن با دیگر رسانه‌های ذخیره‌سازی داده با دسترسی مستقیم از قبیل هارد دیسک‌ها، DVD و CD درایوها و دیگر حافظه های ذخیره سازی مغناطیسی، این است که زمان خواندن و نوشتن اقلام مختلف داده در آن‌ها به میزان قابل توجهی بستگی به محل ذخیزه‌سازی فیزیکی داده در رکورد ها دارد، و دلیل آن محدودیت های مکانیکی از قبیل سرعت گردش دیسک ها و تاخیرهای حرکتی بازو در هارد دیسک می‌یاشد.

امروزه، Random access Memory از مدارهای مجتمع شکل می‌گیرد. حافظه Ram به طور معمول با حافظه های فرّار ازقبیل ماژول های حافظه DRAM شناخته می‌شود، جایی که اطلاعات ذخیره شده با قطع شدن برق از بین می‌رود، به همین منظور تلاش‌‌های زیادی برای ساخت و توسعه‌ی تراشه‌های حافظه DRAM غیر فرار انجام شده است. نمونه های دیگری از حافظه‌ی غیرفرّار وجود دارد که دسترسی تصادفی را برای عملیات خواندن فراهم می‌کند، اما در هرصورت اجازه‌ی عملیات نوشتن را نداده یا دارای محدودیت‌هایی در آن می‌باشد. این شامل نمونه‌های بسیاری از ROM یا حافظه Flash که NOR-Flash نامیده می‌شود، است.

تراشه‌های مدارهای مجتمع RAM در اواخر سال ۱۹۶۰، با تراشه‌ی Intel 1103 که اولین تراشه‌ی DRAM موجود در بازار بود، در اکتبر سال ۱۹۷۰ میلادی معرفی شد.

کامپیوتر های اولیه از تقویت کننده‌ها، شمارنده‌های مکانیکی و خطوط تاخیر به عنوان توابع حافظه اصلی استفاده می‌کردند. خطوط تاخیر التراسونیک تنها قادر به ایجاد دوباره‌ی داده به منظور نوشتن دوباره‌ی همان داده می‌باشند. حافظه‌ی طبله‌ای(Drum Memory) یا حافظه کوبه‌ای دارای هزینه نسبتا پایینی می‌باشد اما برای بهینه کردن سرعت بازیابی و کارامد از اقلام حافظه نیاز به داشتن آگاهی از چگونگی طراحی فیزیکی این حافظه می‌باشد. نوارهای فلزی ساخته شده از لامپ های سه قطبی و لوله‌های خلاء و بعدها از ترانزیستورهای گسسته(ثبّات ها) برای حافظه های کوچکتر وسریع تر استفاده شدند. چنین ثبات هایی برای استفاده در مقادیر زیاد داده، نسبتا بزرگ و پرهزینه بودند، به طور کلی تنها چند ده  یا چند صد بیت از این حافظه می‌توانست استفاده شود. برای اولین بار شکل عملی RAM که Williams Tube نام داشت در سال ۱۹۴۷ توسط کمپانی IBM ساخته شد. اون اطلاعات را به صورت نقاط باردار الکتریکی بر روی سطح یک لامپ اشعه‌ی کاتدی ذخیره می‌کرد. از آنجا که اشعه‌ی الکترونی CRT توانانی خواندن و نوشتن در هر نقطه‌ی درخواستی از لامپ را داراست، حافظه از نوع دسترسی تصادفی بود. گنجایش Williams Tube از چندصد تا حدود هزار بیت بود، اما آن بسیار کوچک تر، سریع تر و قدرتمند تر از نوار لامپ‌های خلاء منحصربه فرد بود. آن در دانشگاه منچستر انگلیس توسعه یافته بود، Williams Tube واسط نخستین برنامه‌ی ذخیره شده در حاظه الکترونبکی را فراهم می‌کرد که در ماشین کامپیوتر تجربی کوچک مقیاس تجربی منچستر ایجاد شده بود که اولین موفقیت آن در اجرای برنامه در تاریخ ۲۱ ماه ژانویه سال ۱۹۴۸ بود. در واقع، بیش از این که Williams Tube برای دانشگاه منچستر طراحی شده باشد، دانشگاه منچستر یک بستر آزمایشی برای نشان دادن کارآمدی آن حافظه بود.

حافظه هسته مغناطیسی در سال ۱۹۴۷ اختراع شد و تا اواسط دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی ساخته شد. اون به فرم گسترده‌ای از Random Access Memory با تکیه بر مجموعه ای از حلقه‌های مغناطیسی تبدیل شد. با تغییر جهت هر یک از حلقه های مغناطیسی داده می‌شد هر بیت از داده را روی هر حلقه ذخیره کرد.

از آنجا که هر یک حلقه دارای ترکیبی از سیم های آدرس برای انتخاب، و نوشتن و خواندن می‌باشد، دسترسی به هر نقطه از حافظه در هر رشته ممکن بود. حافظه هسته مغناطیسی شکل استانداردی از حافظه بود تا زمانی که توسط حافظه حالت جامد در مدارهای مجتمع که اوایل دهه ۱۹۷۰ به وجود آمدند از رده خارج شد.

Robert H. Dennard(همکار IBM) در سال ۱۹۶۸ حافظه‌ی DRAM یا Dynamic Random Access Memory را اختراع کرد. این جایگزین کردن ۴ تا ۶ مدار ترانزیستور را با ۱ ترانزیستور برای هر یک از بیت‌های حافظه فراهم می‌کرد، که تراکم حافظه را در هزینه نواسانات تا حد زیادی افزایش می‌داد.

داده ها درون خازن های کوچک در هر ترانزیستور ذخیره شده و باید قبل از اینکه شارژ دچار نشتی شود، هر چند میلی ثانیه به صورت دوره‌ای تجدید شود.

قبل از ایجاد مدارهای حافظه ROM، حافظه های RAM اغلب از دیودهای ماتریسی همراه با رمزگشاهای آدرس استفاده می‌کردند.

انواع حافظه RAM

دو نوع اصلی از حافظه‌های پیشرفته RAM، حافظه‌های Static RAM و Dynamic RAM می‌باشند. در حافظه‌ی SRAM، هریک بیت از داده، با استفاده از حالت سلول حافظه شش ترانزیستوری ذخیره می‌شود. تولید کردن اینگونه از حافظه هزینه بالایی دارد، اما بطور کلی سریع تر بوده و نیاز به توان کمتری نسبت به DRAM دارد، و در کامپیوترهای جدید اغلب به عنوان حافظه‌ی Cache برای پردازنده استفاده می‌شود. حافظه DRAM هریک بیت از داده را به وسیله‌ی یک ترانزیستور و یک جفت خازن، که با یکدیگر یک سلول حافظه‌ی DRAM را تشکیل می‌دهند ذخیره می‌کند. خازن شار را به شکل بالا یا پایین(۱ یا ۰) نگه می‌دارد، و ترانزیستور به عنوان یک سوئیچ عمل می‌کند، که به مدار کنترلی روی تراشه اجازه‌ می‌هد که خازن حالت شارژ داشته باشد یا آن را تغییر دهد. از آنجا که تولید این نوع حافظه، از حافظه‌ی SRAM ارزان تر است، این شکل از حافظه به عنوان RAM در کامپبوترهای جدید استفاده می‌شود. هر دو نوع SRAM و DRAM فرّار می‌باشند، یعنی این که با قطع برق در سیستم کامپیوتر، داده‌های روی آنها از بین می‌رود. در مقابل، حافظه‌ی فقط خواندنی ROM داده ها را به شکل دائمی با فعال و غیر فعال کردن ترانزیستورهای انتخابی ذخیره می‌کند، به طوری که حافظه قابل تغییر نیست.

انواع ROM های قابل نوشتن( از قبیل EEPROM و Flash Memory)، خواص هر دو نوع ROM و RAM را به اشتراک می‌گذارند، قادر به نگهداری داره به صورت دائم بوده و بدون نیاز به تجهیزات خاص بروزرسانی می‌شوند. این شکل مداوم از نیمه هادی ROM، درایوهای فلش USB، کارت‌های حافظه برای دوربین ها و دستگاه‌های قابل حمل و … را شامل می‌شود. حافظه‌ی ECC( یا همان SRAM یا DRAM) دارای مدارات خاصی برای شناسایی و/یا تصحیح  خطاهای تصادفی در داده‌های ذخیره شده می‌یاشد، که از بیت توازن یا کد تشخیص خطا استفاده می‌کند.

سلسله مراتب حافظه RAM

عدد یک می‌تواند داده را خوانده و دوباره در حافظه بنویسد. بسیاری از سیستم های کامپیوتری دارای یک سلسله مراتب حافظه‌ا‌ی تشکیل شده از ثبّات های پردازنده، On-Die SRAM Cache ها، حافظه های خارجی، DRAM، سیستم های صفحه بندی و حافظه های مجازی یا فضای Swap برروی یک هارد دیسک می‌باشند. تمامی مجموعه‌ی این حافظه ها ممکن است برای بسیاری از توسعه دهندگان به عنوان RAM اشاره شود. با این که زیرسیستم های مختلف می‌توانند دارای زمان دسترسی متفاوتی باشند، مفهوم اصلی را در پشت واژه‌ی دسترسی تصادفی در حافظه نقض می‌کنند. حتی درون یک سطح سلسله مراتبی مثل DRAM، ردیف خاص، ستون، انباره، ارزش، شیار، یا سازماندهی لایه های اجزا، زمان دسترسی را متغیر می‌کند، اگرچه نه به حدی که رسانه‌ی ذخیره سازی یا نوار متغیر است. هدف اصلی استفاده از سلسله مراتب حافظه رسیدن به بهترین میانگین ممکن زمان دسترسی درحین پایین آوردن هزینه‌ی کلی تمام سیستم حافظه می‌باشد. در بسیاری از کامپیوترهای شخصی جدید، حافظه به شکل قابل بروزرسانی آسان ماژولها که ماژولهای حافظه یا ماژول های DRAM نام برده می‌شوند در انواع اندازه ها و به کوچکی یک آدامس موجود است. هر زمانی که آنها آسیب دیدند و یا نیاز به تعویض داشته باشند، به سرعت قابل جایگزین کردن هستند. همانطور که در بالا اشاره شد، همچنین نمونه های کوچکتر RAM( بیشتر SRAM) به صورت یکپارچه در پردازنده و دیگر مدارات مجتمع روی روی Mother Board از قبیل هاردیسک، درایو CD، و چندین قطعه دیگر از سیستم کامپیوتر استفاده می‌شوند.