حافظه RAM نسخه متنی

حافظه RAM

حافظه (RAM(Random Access Memory شناخته ترين نوع حافظه در دنياي کامپيوتر است . روش دستيابي به اين نوع از حافظه ها تصادفي است ، چون مي توان به هر سلول حافظه مستقيما" دستيابي پيدا کرد . در مقابل حافظه هاي RAM ، حافظه هاي(SAM(Serial Access Memory وجود دارند. حافظه هاي SAM اطلاعات را در مجموعه اي از سلول هاي حافظه ذخيره و صرفا" امکان دستيابي به آنها بصورت ترتيبي وجود خواهد داشت. ( نظير نوار کاست ) در صورتيکه داده مورد نظر در محل جاري نباشد هر يک از سلول هاي حافظه به ترتيب بررسي شده تا داده مورد نظر پيدا گردد. حافظه هاي SAM در موارديکه پردازش داده ها الزاما" بصورت ترتيبي خواهد بود مفيد مي باشند ( نظير حافظه موجود بر روي کارت هاي گرافيک ). داده هاي ذخيره شده در حافظه RAM با هر اولويت دلخواه قابل دستيابي خواهند بود.

مباني حافظه هاي RAM

حافظه RAM ، يک تراشه مدار مجتمع (IC) است که از ميليون ها ترانزيستور و خازن تشکيل مي گردد .در اغلب حافظه ها با استفاده و بکارگيري يک خازن و يک ترانزيستور مي توان يک سلول را ايجاد کرد. سلول فوق قادر به نگهداري يک بيت داده مي باشد. خازن اطلاعات مربوط به بيت را که يک و يا صفر است ، در خود نگهداري خواهد کرد.عملکرد ترانزيستور مشابه يک سوييچ بوده که امکان کنترل مدارات موجود بر روي تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخيره شده در خازن و يا تغيير وضعيت مربوط به آن ، فراهم مي نمايد.خازن مشابه يک ظرف ( سطل) بوده که قادر به نگهداري الکترون ها است . بمنظور ذخيره سازي مقدار" يک" در حافظه، ظرف فوق مي بايست از الکترونها پر گردد. براي ذخيره سازي مقدار صفر، مي بايست ظرف فوق خالي گردد.مسئله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است ( وجود سوراخ در ظرف ) بدين ترتيب پس از گذشت چندين ميلي ثانيه يک ظرف مملو از الکترون تخليه مي گردد. بنابراين بمنظور اينکه حافظه بصورت پويا اطلاعات خود را نگهداري نمايد ، مي بايست پردازنده و يا " کنترل کننده حافظه " قبل از تخليه شدن خازن، مکلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداري مقدار "يک" باشند.بدين منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا" اطلاعات را بازنويسي مي نمايد.عمليات فوق (Refresh)، هزاران مرتبه در يک ثانيه تکرار خواهد شد.علت نامگذاري DRAM بدين دليل است که اين نوع حافظه ها مجبور به بازخواني اطلاعات بصورت پويا خواهند بود. فرآيند تکراري " بازخواني / بازنويسي اطلاعات" در اين نوع حافظه ها باعث مي شود که زمان تلف و سرعت حافظه کند گردد.

سلول هاي حافظه بر روي يک تراشه سيليکون و بصورت آرائه اي مشتمل از ستون ها ( خطوط بيت ) و سطرها ( خطوط کلمات) تشکيل مي گردند. نقطه تلاقي يک سطر و ستون بيانگر آدرس سلول حافظه است .

حافظه هاي DRAM با ارسال يک شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزيستور در هر بيت ستون، خواهند شد.در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعيتي خواهند شد که خازن مي بايست به آن وضغيت تبديل گردد. در زمان خواندن Sense-amplifier ، سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گيري مي نمايد. در صورتيکه سطح فوق بيش از پنجاه درصد باشد مقدار "يک" خوانده شده و در غيراينصورت مقدار "صفر" خوانده خواهد شد. مدت زمان انجام عمليات فوق بسيار کوتاه بوده و بر حسب نانوثانيه ( يک ميلياردم ثانيه ) اندازه گيري مي گردد. تراشه حافظه اي که داراي سرعت 70 نانوثانيه است ، 70 نانو ثانيه طول خواهد به منظور تا عمليات خواندن و بازنويسي هر سلول را انجام دهد.

سلول هاي حافظه در صورتيکه از روش هائي بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمايند، بتنهائي فاقد ارزش خواهند بود. بنابراين لازم است سلول هاي حافظه داراي يک زيرساخت کامل حمايتي از مدارات خاص ديگر باشند.مدارات فوق عمليات زير را انجام خواهند داد :

مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون )

نگهداري وضعيت بازخواني و باز نويسي داده ها ( شمارنده )

خواندن و برگرداندن سيگنال از يک سلول ( Sense amplifier)

اعلام خبر به يک سلول که مي بايست شارژ گردد و يا ضرورتي به شارژ وجود ندارد ( Write enable)

ساير عمليات مربوط به "کنترل کننده حافظه" شامل مواردي نظير : مشخص نمودن نوع سرعت ، ميزان حافظه و بررسي خطاء است .

حافظه هاي SRAM داراي يک تکنولوژي کاملا" متفاوت مي باشند. در اين نوع از حافظه ها از فليپ فلاپ براي ذخيره سازي هر بيت حافظه استفاده مي گردد. يک فليپ فلاپ براي يک سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزيستور استفاده مي کند . حافظه هاي SRAM نيازمند بازخواني / بازنويسي اطلاعات نخواهند بود، بنابراين سرعت اين نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه هاي DRAM بيشتر است .با توجه به اينکه حافظه هاي SRAM از بخش هاي متعددي تشکيل مي گردد، فضاي استفاده شده آنها بر روي يک تراشه بمراتب بيشتر از يک سلول حافظه از نوع DRAM خواهد بود. در چنين مواردي ميزان حافظه بر روي يک تراشه کاهش پيدا کرده و همين امر مي تواند باعث افزايش قيمت اين نوع از حافظه ها گردد. بنابراين حافظه هاي SRAM سريع و گران و حافظه هاي DRAM ارزان و کند مي باشند . با توجه به موضوع فوق ، از حافظه هاي SRAM بمنظور افزايش سرعت پردازنده ( استفاده از Cache) و از حافظه هاي DRAM براي فضاي حافظه RAM در کامپيوتر استفاده مي گردد.

ما ژول هاي حافظه

تراشه هاي حافظه در کامييوترهاي شخصي در آغاز از يک پيکربندي مبتني بر Pin با نام (DIP(Dual line Package استفاده مي کردند. اين پيکربندي مبتني بر پين، مي توانست لحيم کاري درون حفره هائي برروي برداصلي کامپيوتر و يا اتصال به يک سوکت بوده که خود به برد اصلي لحيم شده است .همزمان با افزايش حافظه ، تعداد تراشه هاي مورد نياز، فضاي زيادي از برد اصلي را اشغال مي کردند.از روش فوق تا زمانيکه ميزان حافظه حداکثر دو مگابايت بود ، استقاده مي گرديد.

راه حل مشکل فوق، استقرار تراشه هاي حافظه بهمراه تمام عناصر و اجزاي حمايتي در يک برد مدار چاپي مجزا (Printed circut Board) بود. برد فوق در ادامه با استفاده از يک نوع خاص از کانکنور ( بانک حافظه ) به برد اصلي متصل مي گرديد. اين نوع تراشه ها اغلب از يک پيکربندي pin با نام Small Outline J-lead ) soj ) استفاده مي کردند . برخي از توليدکنندگان ديگر که تعداد آنها اندک است از پيکربندي ديگري با نام Thin Small Outline Package )tsop) استفاده مي نمايند. تفاوت اساسي بين اين نوع پين هاي جديد و پيکربندي DIP اوليه در اين است که تراشه هاي SOJ و TSOR بصورت surface-mounted در PCB هستند. به عبارت ديگر پين ها مستقيما" به سطح برد لحيم خواهند شد . ( نه داخل حفره ها و يا سوکت ) .

تراشه ها ي حافظه از طريق کارت هائي که " ماژول " ناميده مي شوند قابل دستيابي و استفاده مي باشند.. شايد تاکنون با مشخصات يک سيستم که ميزان حافظه خود را بصورت 32 * 8 , يا 16 * 4 اعلام مي نمايد ، برخورده کرده باشيد.اعداد فوق تعداد تراشه ها ضربدر ظرفيت هر يک از تراشه ها را که بر حسب مگابيت اندازه گيري مي گردند، نشان مي دهد. بمنظور محاسبه ظرفيت ، مي توان با تقسيم نمودن آن بر هشت ميزان مگابايت را بر روي هر ماژول مشخص کرد.مثلا" يک ماژول 32 * 4 ، بدين معني است که ماژول داراي چهار تراشه 32 مگابيتي است .با ضرب 4 در 32 عدد 128 ( مگابيت) بدست مي آيد . اگر عدد فوق را بر هشت تقسيم نمائيم به ظرفيت 16 مگابايت خواهيم رسيد.

نوع برد و کانکتور استفاده شده در حافظه هاي RAM ، طي پنج سال اخير تفاوت کرده است . نمونه هاي اوليه اغلب بصورت اختصاصي توليد مي گرديدند . توليد کنندگان متفاوت کامپيوتر بردهاي حافظه را بگونه اي طراحي مي کردند که صرفا" امکان استفاده از آنان در سيستم هاي خاصي وجود داشت . در ادامه (SIMM (Single in-line memory مطرح گرديد. اين نوع از بردهاي حافظه از 30 پين کانکتور استفاده کرده و طول آن حدود 3/5 اينچ و عرض آن يک اينچ بود ( يازده سانتيمتر در 2/5 سانتيمتر ) .در اغلب کامپيوترها مي بايست بردهاي SIMM بصورت زوج هائي که داراي ظرفيت و سرعت يکسان باشند، استفاده گردد. علت اين است که پهناي گذرگاه داده بيشتر از يک SIMM است . مثلا" از دو SIMM هشت مگابايتي براي داشتن 16 مگابايت حافظه بر روي سيستم استفاده مي گردد. هر SIMM قادر به ارسال هشت بيت داده در هر لحظه خواهد بود با توجه به اين موضوع که گذرگاه داده شانزده بيتي است از نصف پهناي باند استفاده شده و اين امر منطقي بنظر نمي آيد.در ادامه بردهاي SIMM بزرگتر شده و داراي ابعاد 25 / 4 * 1 شدند( 11 سانتيمتر در 2/5 سانتيمتر ) و از 72 پين براي افزايش پهناي باند و امکان افزايش حافظه تا ميزان 256 مگابايت بدست آمد.

بموازات افزايش سرعت و ظرفيت پهناي باند پردازنده ها، توليدکنندگان از استاندارد جديد ديگري با نام dual in-line memory module)DIMM) استفاده کردند.اين نوع بردهاي حافظه داراي 168 پين و ابعاد 1 * 5/4 اينچ ( تقريبا" 14 سانتيمتر در 2/5 سانتيمتر ) بودند.ظرفيت بردهاي فوق در هر ماژول از هشت تا 128 مگابايت را شامل و مي توان آنها را بصورت تک ( زوج الزامي نيست ) استفاده کرد. اغلب ماژول هاي حافظه با 3/3 ولت کار مي کنند. در سيستم هاي مکينتاش از 5 ولت استفاده مي نمايند. يک استاندارد جديد ديگر با نام Rambus in-line memory module ، RIMM از نظر اندازه و پين با DIMM قابل مقايسه است ولي بردهاي فوق ، از يک نوع خاص گذرگاه داده حافظه براي افزايش سرعت استفاده مي نمايند.

اغلب بردهاي حافظه در کامپيوترهاي دستي (notebook) از ماژول هاي حافظه کاملا" اختصاصي استفاده مي نمايند ولي برخي از توليدکنندگان حافظه از استاندارد small outline dual in-line memory module) SODIMM استفاده مي نمايند. بردهاي حافظه SODIMM داراي ابعاد 1* 2 اينچ ( 5 سانتيمنتر در 5 /2 سانتيمنتر ) بوده و از 144 پين استفاده مي نمايند. ظرفيت اين نوع بردها ي حافظه در هر ماژول از 16 مگابايت تا 256 مگابايت مي تواند باشد.

بررسي خطاء

اکثر حافظه هائي که امروزه در کامپيوتر استفاده مي گردند داراي ضريب اعتماد بالائي مي باشند.در اکثر سيستم ها ،" کنترل کننده حافظه " درزمان روشن کردن سيستم عمليات بررسي صحت عملکرد حافظه را انجام مي دهد. تراشه هاي حافظه با استفاده از روشي با نام Parity ، عمليات بررسي خطاء را انحام مي دهند. تراشه هاي Parity داراي يک بيت اضافه براي هشت بيت داده مي باشند.روشي که Parity بر اساس آن کار مي کند بسيار ساده است . در ابتداParity زوج بررسي مي گردد. زمانيکه هشت بيت ( يک بايت) داده ئي را دريافت مي دارند، تراشه تعداد يک هاي موجود در آن را محاسبه مي نمايد.در صورتيکه تعداد يک هاي موجود فرد باشد مقدار بيت Parity يک خواهد شد. در صورتيکه تعداد يک هاي موجود زوج باشد مقدار بيت parity صفر خواهد شد. زمانيکه داده از بيت هاي مورد نظر خوانده مي شود ، مجددا" تعداد يک هاي موجود محاسبه و با بيت parity مقايسه مي گردد.درصورتيکه مجموع فرد و بيت Parity مقدار يک باشد داده مورد نظر درست بوده و براي پردازنده ارسال مي گردد. اما در صورتيکه مجموع فرد بوده و بيت parity صفر باشد تراشه متوجه بروز يک خطاء در بيت ها شده و داده مورد نظر کنار گذاشته مي شود. parity فرد نيز به همين روش کار مي کند در روش فوق زماني بيت parity يک خواهد شد که تعداد يک هاي موجود در بايت زوج باشد.

مسئله مهم در رابطه با Parity عدم تصحيح خطاء پس از تشخيص است . در صورتيکه يک بايت از داده ها با بيت Parity خود مطابقت ننمايد داده دور انداخته شده سيستم مجددا" سعي خود را انجام خواهد داد. کامپيوترها نيازمند يک سطح بالاتربراي برخورد با خطاء مي باشند.برخي از سيستم ها از روشي با نام به error correction code)ECC) استفاده مي نمايند. در روش فوق از بيت هاي اضافه براي کنترل داده در هر يک از بايت ها استفاده مي گردد. اختلاف روش فوق با روش Parity در اين است که از چندين بيت براي بررسي خطاء استفاده مي گردد. ( تعداد بيت هاي استفاده شده بستگي به پهناي گذرگاه دارد ) حافظه هاي مبتني بر روش فوق با استفاده از الگوريتم مورد نظر نه تنها قادر به تشخيص خطا بوده بلکه امکان تصحيح خطاهاي بوجود آمده نيز فراهم مي گردد. ECCهمچنين قادر به تشخيص خطاها در مواردي است که يک يا چندين بيت در يک بايت با مشکل مواجه گردند .

انواح حافظه RAM

Static random access memory)SRAM) . اين نوع حافظه ها از چندين ترانزيستور ( چهار تا شش ) براي هر سلول حافظه استفاده مي نمايند. براي هر سلول از خازن استفاده نمي گردد. اين نوع حافظه در ابتدا بمنظور cache استفاده مي شدند.

Dynamic random access memory)DRAM) . در اين نوع حافظه ها براي سلول هاي حافظه از يک زوج ترانزيستورو خازن استفاده مي گردد .

Fast page mode dynamic random access memory)FPM DRAM) . شکل اوليه اي از حافظه هاي DRAM مي باشند.در تراشه اي فوق تا زمان تکميل فرآيند استقرار يک بيت داده توسط سطر و ستون مورد نظر، مي بايست منتظر و در ادامه بيت خوانده خواهد شد.( قبل از اينکه عمليات مربوط به بيت بعدي آغاز گردد) .حداکثر سرعت ارسال داده به L2 cache معادل 176 مگابايت در هر ثانيه است .

Extended data-out dynamic random access memory)EDO DRAM) . اين نوع حافظه ها در انتظار تکميل و اتمام پردازش هاي لازم براي اولين بيت نشده و عمليات مورد نظر خود را در رابطه با بيت بعد بلافاصله آغاز خواهند کرد. پس از اينکه آدرس اولين بيت مشخص گرديد EDO DRAM عمليات مربوط به جستجو براي بيت بعدي را آغاز خواهد کرد. سرعت عمليات فوق پنج برابر سريعتر نسبت به حافظه هاي FPM است . حداکثر سرعت ارسال داده به L2 cache معادل 176 مگابايت در هر ثانيه است .

Synchronous dynamic random access memory)SDRM) از ويژگي "حالت پيوسته " بمنظور افزايش و بهبود کارائي استفاده مي نمايد .بدين منظور زمانيکه سطر شامل داده مورد نظر باشد ، بسرعت در بين ستون ها حرکت و بلافاصله پس از تامين داده ،آن را خواهد خواند. SDRAM داراي سرعتي معادل پنج برابر سرعت حافظه هاي EDO بوده و امروزه در اکثر کامپيوترها استفاده مي گردد.حداکثر سرعت ارسال داده به L2 cache معادل 528 مگابايت در ثانيه است .

Rambus dynamic random access memory )RDRAM) يک رويکرد کاملا" جديد نسبت به معماري قبلي DRAM است. اين نوع حافظه ها از Rambus in-line memory module)RIMM) استفاده کرده که از لحاظ اندازه و پيکربندي مشابه يک DIMM استاندارد است. وجه تمايز اين نوع حافظه ها استفاده از يک گذرگاه داده با سرعت بالا با نام "کانال Rambus " است . تراشه هاي حافظه RDRAM بصورت موازي کار کرده تا بتوانند به سرعت 800 مگاهرتز دست پيدا نمايند.

Credit card memory يک نمونه کاملا" اختصاصي از توليدکنندگان خاص بوده و شامل ماژول هاي DRAM بوده که دريک نوع خاص اسلات ، در کامپيوترهاي noteBook استفاده مي گردد .

PCMCIA memory card .نوع ديگر از حافظه شامل ماژول هاي DRAM بوده که در notebook استفاده مي شود.

FlashRam نوع خاصي از حافظه با ظرفيت کم براي استفاده در دستگاههائي نظير تلويزيون، VCR بوده و از آن به منظور نگهداري اطلاعات خاص مربوط به هر دستگاه استفاده مي گردد. زمانيکه اين نوع دستگاهها خاموش باشند همچنان به ميزان اندکي برق مصرف خواهند کرد. در کامپيوتر نيز از اين نوع حافظه ها براي نگهداري اطلاعاتي در رابطه با تنظيمات هارد ديسک و ... استفاده مي گردد.

VideoRam)VRAM) يک نوع خاص از حافظه هاي RAM بوده که براي موارد خاص نظير : آداپتورهاي ويدئو و يا شتا ب دهندگان سه بعدي استفاده مي شود. به اين نوع از حافظه ها multiport dynamic random access memory) MPDRAM) نيز گفته مي شود.علت نامگذاري فوق بدين دليل است که اين نوع از حافظه ها داراي امکان دستيابي به اطلاعات، بصورت تصادفي و سريال مي باشند . VRAM بر روي کارت گرافيک قرار داشته و داراي فرمت هاي متفاوتي است. ميزان حافظه فوق به عوامل متفاوتي نظير : " وضوح تصوير " و " وضعيت رنگ ها " بستگي دارد.

به چه ميزان حافظه نياز است ؟

حافظه RAM يکي از مهمترين فاکتورهاي موجود در زمينه ارتقاء کارآئي يک کامپيوتر است . افزايش حافظه بر روي يک کامپيوتر با توجه به نوع استفاده مي تواند در مقاطع زماني متفاوتي انجام گيرد. در صورتيکه از سيستم هاي عامل ويندوز 95 و يا 98 استفاده مي گردد حداقل به 32 مگابايت حافظه نياز خواهد بود. ( 64 مگابايت توصيه مي گردد) .اگر از سيستم عامل ويندوز 2000 استفاده مي گردد حداقل به 64 مگابايت حافظه نياز خواهد بود.( 128 مگابايت توصيه مي گردد) .سيستم عامل لينوکس صرفا" به 4 مگابايت حافظه نياز دارد. در صورتيکه از سيستم عامل اپل استفاده مي گردد به 16 مگابايت حافظه نياز خواهد بود.( 64 مگابايت توصيه مي گردد). ميزان حافظه اشاره شده براي هر يک از سيستم هاي فوق بر اساس کاربردهاي معمولي ارائه شده است . دستيابي به اينترنت ، استفاده از برنامه هاي کاربردي خاص و سرگرم کننده ، نرم افزارهاي خاص طراحي، انيميشن سه بعدي و... مستلزم استفاده از حافظه بمراتب بيشتري خواهد بود .