آشنايي با حافظه ram

[sunyboy]

حافظه (RAM(Random Access Memory شناخته ترين نوع حافظه در دنياي كامپيوتر است . روش دستيابي به اين نوع از حافظه ها تصادفي است . چون مي توان به هر سلول حافظه مستقيما" دستيابي پيدا كرد . در مقابل حافظه هايRAM ، حافظه هاي(SAM(Serial Access Memory وجود دارند. حافظه هايSAM اطلاعات را در مجموعه اي از سلول هاي حافظه ذخيره و صرفا" امكان دستيابي به آنها بصورت ترتيبي وجود خواهد داشت. ( نظير نوار كاست ) در صورتيكه داده مورد نظر در محل جاري نباشد هر يك از سلول هاي حافظه به ترتيب بررسي شده تا داده مورد نظر پيدا گردد. حافظه هاي SAM در موارديكه پردازش داده ها الزاما" بصورت ترتيبي خواهد بود مفيد مي باشند ( نظير حافظه موجود بر روي كارت هاي گرافيك ).اماداده هاي ذخيره شده در حافظهRAM با هر اولويت دلخواه قابل دستيابي خواهند بود.

مباني حافظه هايRAM
حافظه RAM ، يك تراشه مدار مجتمع (IC) بوده كه از ميليون ها ترانزيستور و خازن تشكيل شده است .در اغلب حافظه ها با استفاده و بكارگيري يك خازن و يك ترانزيستور مي توان يك سلول را ايجاد كرد. سلول فوق قادر به نگهداري يك بيت داده خواهد بود. خازن اطلاعات مربوط به بيت را كه يك يا صفر است ، در خود نگهداري خواهد كرد.عملكرد ترانزيستور مشابه يك سوييچ بوده كه امكان كنترل مدارات موجود بر روي تراشه حافظه را به منظور خواندن مقدار ذخيره شده در خازن يا تغيير وضعيت مربوط به آن ، فراهم مي نمايد. خازن مشابه يك ظرف ( سطل) بوده كه قادر به نگهداري الكترون ها است . به منظور ذخيره سازي مقدار" يك" در حافظه، ظرف فوق مي بايست از الكترونها 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 يك ظرف مملو از الكترون تخليه مي گردد. بنابراين به منظور اينكه حافظه بصورت پويا اطلاعات خود را نگهداري نمايد ، مي بايست پردازنده يا " كنترل كننده حافظه " قبل از تخليه شدن خازن، مكلف به شارژ مجدد آن به منظور نگهداري مقدار "يك" باشند. بدين منظور كنترل كننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا" اطلاعات را بازنويسي مي نمايد.عمليات فوق (Refresh)، هزاران مرتبه در يك ثانيه تكرار خواهد شد.علت نامگذاريDRAM بدين دليل است كه اين نوع حافظه ها مجبور به بازخواني اطلاعات بصورت پويا خواهند بود. فرآيند تكراري " بازخواني / بازنويسي اطلاعات" در اين نوع حافظه ها باعث مي شود كه زمان تلف و سرعت حافظه كند گردد.

سلول هاي حافظه بر روي يك تراشه سيليكون و بصورت آرائه اي مشتمل از ستون ها ( خطوط بيت ) و سطرها ( خطوط كلمات) تشكيل مي گردند. نقطه تلاقي يك سطر و ستون بيانگر آدرس سلول حافظه است .

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

سلول هاي حافظه در صورتيكه از روش هائي بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمايند، به تنهائي فاقد ارزش خواهند بود. بنابراين لازم است سلول هاي حافظه داراي يك زيرساخت كامل 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 يك سلول (Sense amplifier)
• اعلام خبر به يك سلول كه مي بايست شارژ گردد يا ضرورتي به شارژ وجود ندارد ( Writeenable)

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

حافظه هايSRAM داراي يك تكنولوژي كاملا" متفاوت مي باشند. در اين نوع از حافظه ها از فليپ فلاپ براي ذخيره سازي هر بيت حافظه استفاده مي گردد. يك فليپ فلاپ براي يك سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزيستور استفاده مي كند . حافظه هايSRAM نيازمند بازخواني / بازنويسي اطلاعات نخواهند بود، بنابراين سرعت اين نوع از حافظه ها به مراتب از حافظه هايDRAM بيشتر است .با توجه به اينكه حافظه هايSRAM از بخش هاي متعددي تشكيل مي گردد، فضاي استفاده شده آنها بر روي يك تراشه به مراتب بيشتر از يك سلول حافظه از نوعDRAM خواهد بود. در چنين مواردي ميزان حافظه بر روي يك تراشه كاهش پيدا كرده و همين امر مي تواند باعث افزايش قيمت اين نوع از حافظه ها گردد. بنابراين حافظه هاي SRAM سريع و گران و حافظه هايDRAM ارزان و كند مي باشند . با توجه به موضوع فوق ، از حافظه هايSRAM به منظور افزايش سرعت پردازنده ( استفاده ازCache) و از حافظه هايDRAM براي فضاي حافظهRAM در كامپيوتر استفاده مي گردد.

ما ژول هاي حافظه
تراشه هاي حافظه در كامييوترهاي شخصي در آغاز از يك پيكربندي مبتني برPin با نام (DIP(Dual line Package استفاده مي كردند. اين پيكربندي مبتني بر پين، مي توانست لحيم كاري درون حفره هائي برروي برداصلي كامپيوتر و يا اتصال به يك سوكت بوده كه خود به برد اصلي لحيم شده است .همزمان با افزايش حافظه ، تعداد تراشه هاي مورد نياز، فضاي زيادي از برد اصلي را اشغال مي كردند.از روش فوق تا زمانيكه ميزان حافظه حداكثر دو مگابايت بود ، استقاده مي گرديد.

راه حل مشكل فوق، استقرار تراشه هاي حافظه بهمراه تمام عناصر و اجزاي حمايتي در يك برد مدار چاپي مجزا (Printed circut Board) بود. برد فوق در ادامه با استفاده از يك نوع خاص از كانكتور ( بانك حافظه ) به برد اصلي متصل مي گرديد. اين نوع تراشه ها اغلب از يك پيكربنديpin با نام(Small Outline J-lead ) soj استفاده مي كردند . برخي از توليدكنندگان ديگر كه تعداد آنها اندك است از پيكربندي ديگري با نامThin Small Outline Package )tsop) استفاده مي نمايند. تفاوت اساسي بين اين نوع پين هاي جديد و پيكربنديDIP اوليه در اين است كه تراشه هايSOJ وTSOR بصورتsurface-mounted درPCB هستند. به عبارت ديگر پين ها مستقيما" به سطح برد لحيم خواهند شد . ( نه داخل حفره ها و يا سوكت ) .

تراشه ها ي حافظه از طريق كارت هائي كه " ماژول " ناميده مي شوند قابل دستيابي و استفاده مي باشند. شايد تاكنون با مشخصات يك سيستم كه ميزان حافظه خود را بصورت 32 * 8 , يا 16 * 4 اعلام مي نمايد ، برخورده كرده باشيد.اعداد فوق تعداد تراشه ها ضربدر ظرفيت هر يك از تراشه ها را كه بر حسب مگابيت اندازه گيري مي گردند، نشان مي دهد. به منظور محاسبه ظرفيت ، مي توان با تقسيم نمودن آن بر هشت ميزان مگابايت را بر روي هر ماژول مشخص كرد. مثلا" يك ماژول 32 * 4 ، بدين معني است كه 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 كانكتور استفاده شده در حافظه هاي RAM ، طي پنج سال اخير تفاوت كرده است . نمونه هاي اوليه اغلب بصورت اختصاصي توليد مي گرديدند . توليد كنندگان متفاوت كامپيوتر بردهاي حافظه را بگونه اي طراحي مي كردند كه صرفا" امكان 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 كانكتور استفاده كرده و طول آن حدود 3/5 اينچ و عرض آن يك اينچ بود ( يازده سانتيمتر در 2/5 سانتيمتر ) .در اغلب كامپيوترها مي بايست بردهايSIMM بصورت زوج هائي كه داراي ظرفيت و سرعت يكسان باشند، استفاده گردد. علت اين است كه پهناي گذرگاه داده بيشتر از يكSIMM است . مثلا" از دوSIMM هشت مگابايتي براي داشتن 16 مگابايت حافظه بر روي سيستم استفاده مي گردد. هرSIMM قادر به ارسال هشت بيت داده در هر لحظه خواهد بود با توجه به اين موضوع كه گذرگاه داده شانزده بيتي است از نصف پهناي باند استفاده شده و اين امر منطقي به نظر نمي آيد. در ادامه بردهايSIMM بزرگتر شده و داراي ابعاد 25 / 4 * 1 شدند( 11 سانتيمتر در 2/5 سانتيمتر ) و از 72 پين براي افزايش پهناي باند و امكان افزايش حافظه تا ميزان 256 مگابايت بدست آمد.

[sunyboy]

به موازات افزايش سرعت و ظرفيت پهناي باند پردازنده ها، توليدكنندگان از استاندارد جديد ديگري با نام (dual in-line memory module)DIMM استفاده كردند.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 تك ( زوج الزامي نيست ) استفاده كرد. اغلب ماژول هاي حافظه با 3/3 ولت كار مي كنند. در سيستم هاي مكينتاش از 5 ولت استفاده مي نمايند. يك استاندارد جديد ديگر با نامRambus in-line memory module ، RIMM از نظر اندازه و پين باDIMM قابل مقايسه است ولي بردهاي فوق ، از يك نوع خاص گذرگاه داده حافظه براي افزايش سرعت استفاده مي نمايند.

اغلب بردهاي حافظه در كامپيوترهاي كيفي از ماژول هاي حافظه كاملا" اختصاصي استفاده مي نمايند ولي برخي از توليدكنندگان حافظه از استانداردديگري با نام(small outline dualin-line memory module ) ياSODIMM استفاده مي نمايند. بردهاي حافظهSODIMM 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
اكثر حافظه هائي كه امروزه در كامپيوتر استفاده مي گردند داراي ضريب اعتماد بالائي مي باشند.در اكثر سيستم ها ،" كنترل كننده حافظه " درزمان روشن كردن سيستم عمليات بررسي صحت عملكرد حافظه را انجام مي دهد. تراشه هاي حافظه با استفاده از روشي با نامParity ، عمليات بررسي خطاء را انجام مي دهند. تراشه هايParity داراي يك بيت اضافه براي هشت بيت داده مي باشند.روشي كهParity بر اساس آن كار مي كند بسيار ساده است . در ابتداParity زوج بررسي مي گردد. زمانيكه هشت بيت ( يك بايت) داده ئي را دريافت مي دارند، تراشه تعداد يك هاي موجود در آن را محاسبه مي نمايد. در صورتيكه تعداد يك هاي موجود فرد باشد مقدار بيتParity يك خواهد شد. در صورتيكه تعداد يك هاي موجود زوج باشد مقدار بيتparity صفر خواهد شد. زمانيكه داده از بيت هاي مورد نظر خوانده مي شود ، مجددا" تعداد يك هاي موجود محاسبه و با بيتparity مقايسه مي گردد. درصورتيكه مجموع فرد و بيتParity مقدار يك باشد داده مورد نظر درست بوده و براي پردازنده ارسال مي گردد. اما در صورتيكه مجموع فرد بوده و بيتparity صفر باشد تراشه متوجه بروز يك خطاء در بيت ها شده و داده مورد نظر كنار گذاشته مي شود.parity فرد نيز به همين روش كار مي كند در روش فوق زماني بيت parity يك خواهد شد كه تعداد يك هاي موجود در بايت زوج باشد.

مسئله مهم در رابطه باParity عدم تصحيح خطاء پس از تشخيص است . در صورتيكه يك بايت از داده ها با بيتParity خود مطابقت ننمايد داده دور انداخته شده سيستم مجددا" سعي خود را انجام خواهد داد. كامپيوترها نيازمند يك سطح بالاتربراي برخورد با خطاء مي باشند. برخي از سيستم ها از روشي با نام بهerror correction code)ECC) استفاده مي نمايند. در روش فوق از بيت هاي اضافه براي كنترل داده در هر يك از بايت ها استفاده مي گردد. اختلاف روش فوق با روشParity در اين است كه 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 بلكه امكان تصحيح خطاهاي بوجود آمده نيز فراهم مي گردد.ECCهمچنين قادر به تشخيص خطاها در مواردي است كه يك يا چندين بيت در يك بايت با مشكل مواجه گردند .


انواح حافظهRAM

Staticrandom 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 به منظورcache استفاده مي شدند.

Dynamicrandom access memory)DRAM) . در اين نوع حافظه ها براي سلول هاي حافظه از يك زوج ترانزيستور و خازن استفاده مي گردد .

Fast pagemode dynamic random access memory)FPM DRAM) . شكل اوليه اي از حافظه هايDRAM مي باشند. در تراشه اي فوق تا زمان تكميل فرآيند استقرار يك بيت داده توسط سطر و ستون مورد نظر، مي بايست منتظر و در ادامه بيت خوانده خواهد شد.( قبل از اينكه عمليات مربوط به بيت بعدي آغاز گردد) .حداكثر سرعت ارسال داده بهL2 cache معادل 176 مگابايت در هر ثانيه است .

Extendeddata-out dynamic random access memory)EDO DRAM) . اين نوع حافظه ها در انتظار تكميل و اتمام پردازش هاي لازم براي اولين بيت نشده و عمليات مورد نظر خود را در رابطه با بيت بعد بلافاصله آغاز خواهند كرد. پس از اينكه آدرس اولين بيت مشخص گرديدEDO DRAM عمليات مربوط به جستجو براي بيت بعدي را آغاز خواهد كرد. سرعت عمليات فوق پنج برابر سريعتر نسبت به حافظه هايFPM است . حداكثر 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 كارائي استفاده مي نمايد .بدين منظور زمانيكه سطر شامل داده مورد نظر باشد ، بسرعت در بين ستون ها حركت و بلافاصله پس از تامين داده ،آن را خواهد خواند.SDRAM داراي سرعتي معادل پنج برابر سرعت حافظه هايEDO بوده و امروزه در اكثر كامپيوترها استفاده مي گردد.حداكثر سرعت ارسال داده بهL2 cache معادل 528 مگابايت در ثانيه است .

Rambusdynamic random access memory )RDRAM) يك رويكرد كاملا" جديد نسبت به معماري قبليDRAM است. اين نوع حافظه ها ازRambus in-line memory module)RIMM) استفاده كرده كه از لحاظ اندازه و پيكربندي مشابه يك DIMM استاندارد است. وجه تمايز اين نوع حافظه ها استفاده از يك گذرگاه داده با سرعت بالا با نام "كانالRambus " است . تراشه هاي حافظهRDRAM بصورت موازي كار كرده تا بتوانند به سرعت 800 مگاهرتز دست پيدا نمايند.

Creditcard memory يك نمونه كاملا" اختصاصي از توليدكنندگان خاص بوده و شامل ماژول هايDRAM بوده كه دريك نوع خاص اسلات ، در كامپيوترهايnoteBook استفاده مي گردد .

PCMCIAmemory card .نوع ديگر از حافظه شامل ماژول هايDRAM بوده كه درnotebook استفاده مي شود.

FlashRam نوع خاصي از حافظه با ظرفيت كم براي استفاده در دستگاههائي نظير تلويزيون،VCR بوده و از آن به منظور نگهداري اطلاعات خاص مربوط به هر دستگاه استفاده مي گردد. زمانيكه اين نوع دستگاهها خاموش باشند همچنان به ميزان اندكي برق مصرف خواهند كرد. در كامپيوتر نيز از اين نوع حافظه ها براي نگهداري اطلاعاتي در رابطه با تنظيمات هارد ديسك و ... استفاده مي گردد.

VideoRam)VRAM) يك نوع خاص از حافظه هايRAM بوده كه براي موارد خاص نظير : آداپتورهاي ويدئو و يا شتا ب دهندگان سه بعدي استفاده مي شود. به اين نوع از حافظه هاmultiport dynamic random access memory)MPDRAM) نيز گفته مي شود.علت نامگذاري فوق بدين دليل است كه اين نوع از حافظه ها داراي امكان دستيابي به اطلاعات، بصورت تصادفي و سريال مي باشند .VRAM بر روي كارت گرافيك 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
حافظهRAM يكي از مهمترين فاكتورهاي موجود در زمينه ارتقاء كارآئي يك كامپيوتر است . افزايش حافظه بر روي يك كامپيوتر با توجه به نوع استفاده مي تواند در مقاطع زماني متفاوتي انجام گيرد. در صورتيكه 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 لينوكس صرفا" به 4 مگابايت حافظه نياز دارد. در صورتيكه 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 يك از سيستم هاي فوق بر اساس كاربردهاي معمولي ارائه شده است . دستيابي به اينترنت ، استفاده از برنامه هاي كاربردي خاص و سرگرم كننده ، نرم افزارهاي خاص طراحي، انيميشن سه بعدي و... مستلزم استفاده از حافظه به مراتب بيشتري خواهد بود .