در این قسمت توضیحی درباره رم (RAM) میدهیم و بعد شروع به اینکه نسل رم از ابتدا تا کنون را به اختصار توضیح میدهیم . در میانه مبحث به انواع و تفاوت های انها نیز به اختصار اشاره خواهیم کرد.
حافظه ی اصلی
در رایانه های اولیه، رایج ترین وسیله ی ذخیره سازی که به عنوان حافظه ی اصلی بود، از تعدادی آرایه ی فرومغناطیس استفاده می کرد. با ظهور نیمه هادی ها و مزایای آن، حافظه های فرومغناطیس منسوخ شد و امروزه استفاده از حافظه های نیمه هادی به عنوان حافظه ی اصلی رایج شده است. این حافظه ها به طور مستقیم با پردازنده ارتباط دارند.
هر سلول از حافظه ی نیمه هادی که به بیت معروف است، دارای خواص زیر است:
– هر سلول حافظه دو حالت از خود به نمایش می گذارد که از این دو حالت برای تعیین صفر و یک بودن آن بیت استفاده م یشود.
– می توان حداقل یکبار در آن نوشت که این کار با تعیین وضعیت سلول ها (بیت ها) امکان پذیر است.
– به راحتی می توان وضعیت صفر یا یک بودن این سلول ها را مشخص کرد که این کار همان خواندن حافظه است.
براساس خواص فوق می توان گفت که این حافظه ها توانایی نگهداری داده ها در مبنای دو و قابلیت نوشتن و خواندن آن ها را دارند. حافظه هایی که در این صفحه درباره ی آن ها صحبت میشود، از نوع دستیابی تصادفی هستند که رایج ترین نوع حافظه با دستیابی تصادفی را رم (RAM) می گویند
RAM : Random Access Memory
SAM : serial Access Memory
رم (RAM) معروف ترین حافظه ی مورد استفاده در رایانه است. سلول های حافظه ی آن بلافاصله قابل دسترسی هستند و به همین دلیل به آ نها Random Access می گویند. نقطه ی مقابل رم (RAM) را SAM2 می نامند. همان طور که از نامش پیداست داده ها را به صورت سریال مانند نوار کاست نگهداری می کند. در SAM اگر داده ای در دسترس نباشد کلیه ی داد ههای قبل از آن خوانده می شوند تا به داده ی مورد نظر برسد. کاربرد حافظه های SAM بیشتر به صورت حافظه ی میانگیر(Buffer) است. حافظه ی کارت گرافیک نمونه ای از حافظه ی SAM است که در آن داده ها به ترتیب ورود باید خوانده شوند.
یکی از مشخصه های بارز حافظه ی رم (RAM) قابلیت خواندن و نوشتن در آن است. مشخصه ی مهم دیگر این نوع حافظه، نامانا بودن اطلاعات آن است و این یعنی اینکه RAM ها همواره باید به یک منبع تغذیه ی الکتریکی متصل باشند. هر زمان انرژی الکتریکی متوقف گردد، داده های این حافظه از دست خواهند رفت. بنابراین رم (RAM) همیشه به عنوان یک ذخیره ساز موقت به کار میرود. حافظه ی اصلی با ظرفیت یک مگابایت را نشان می دهد.
رم (RAM) ها دو نوع دارند:
– حافظه ی پویا ( Dynamic RAM (DRAM
– حافظه ی ایستا (Static RAM (SRAM
حافظه ی پویا
فناوری حافظه های پویا به این صورت است که از میلیون ها ترانزیستور و خازن در کنار هم ساخته میشوند هر سلول حافظ هی پویا از یک ترانزیستور و یک خازن تشکیل شده است. خازن داده ی بیت، یعنی مقدار صفر یا یک را نگهداری م یکند و ترانزیستور به عنوان یک سوئیچ عمل می کند. در واقع ترانزیستورهای موجود در هر بیت از حافظ هی پویا به مدار کنترل روی تراشه ی حافظه اجازه ی خواندن و نوشتن (تغییر حالت) خازن را میدهد.
همان گونه که گفته شد سلول های این حافظه از خازن ساخته شده است و خاز نها به طور دائم با گذشت زمان دشارژ میشوند، به خصوص در زمانی که مقدار آ نها خوانده میشود. به همین دلیل برای حفظ داده های موجود در این سلول ها باید به طور مرتب آ نها را تازه سازی کرد. خازن را می توانید مثل سطلی در نظر بگیرید که الکترون ها در آن ذخیره میشوند. برای ذخیره کردن مقدار یک در سلول های حافظه، این سطل پر از الکترون میشود و برای مقدار صفر، خالی از الکترون میشود. مشکل خاز نها برای این فناوری، گرایش به از دست دادن مقدار الکترو نهای موجود در آن است و پس از مدت زمانی خالی از الکترون خواهند شد. بنابراین حافظه های پویا به طور مداوم باید در حال تازه سازی داده های خود باشند، در غیر این صورت داده های خود را از دست می دهند. برای تازه سازی حافظه ی پویا، مقدار هر سلول قبل از خالی شدن خوانده می شود و سپس همان مقدار خوانده شده دوباره در سلول نوشته میشود. تداوم این تازه سازی باعث می شود که این حافظه مدت زمان زیادی را صرف این کار کند که این امر باعث پایین آمدن سرعت عمل آن خواهد شد.
حافظه ی ایستا
فناوری حافظه های ایستا مانند حافظه های پویا مبتنی بر شارژ و دشارژ خازن نیست و سلو لهای آن از تعدادی گیت منطقی به نام فلیپ فلاپ استفاده میکنند. یکی از ویژگی های مهم این گیتهای منطقی، نگهداری داده ها بدون نیاز به تازه سازی آن هاست و مادامی که جریان الکتریکی حافظه تأمین شود، داده ها در حافظه نگهداری می شوند. بنابراین تفاوت حافظه های پویا و ایستا در ساختار فیزیکی آ نهاست. هر دو حافظه ی ایستا و پویا از نوع نامانا هستند، ولی سلو لهای حافظه ی پویا (خازن ها) ساده تر و کوچک تر از سلو لهای حافظ هی ایستا (گیتهای منطقی) هستند. یعنی در تراشه هایی با ابعاد مساوی، تعداد سلو لهای حافظه ی پویای بیشتری نسبت به سلو لهای حافظه ی ایستا قرار می گیرد. به همین دلیل از حافظه های پویا برای حافظه هایی با ظرفیت بالا و ارزان که همان حافظه ی اصلی باشد، استفاده می کنند و از آنجا که حافظه ی ایستا سریع تر و گرا نتر است، از آن برای حافظه ی نهان استفاده می کنند. نمونه ای از حافظه ی استاتیک در شکل نشان داده شده است.
حافظ هی اصلی با دستیابی تصادفی رم DRAM
تراشه های حافظه ی اصلی که از نوع حافظه ی پویا هستند در رایانه های اولیه ی XT و حتی اوایل AT به صورت تراشه های معمولی و به نام DIP یا پکیجهای دو ردیفه (در پکی جهای دوطرفه، پایه ها در دو طرف تراشه قرار دارند. ) بودند .که در کارت های گرافیک قدیمی نیز قابل مشاهده هستند. این تراشه روی برد اصلی لحیم می شد.
با افزایش سرعت پردازنده ها، به مقدار حافظه ی اصلی بیشتری نیاز بود که لحیم کردن تعداد زیادی تراشه ی DIP روی برد اصلی فضای زیادی اشغال میکرد و مقرون به صرفه نبود. به همین دلیل تراشه ها را روی برد مدار چاپی جداگانه ای گذاشتند و با استفاده از یک واسط و رابط مخصوص به برد اصلی متصل کردند که به این مجموعه بانک حافظه میگویند. به هرکدام از بردهای مدار چاپی به همراه تراشه های حافظه ی روی آن یک ماژول حافظه گفته میشود.
در ابتدا حافظه ی اصلی به کار رفته در سیستم های رایانه ای، مخصوص شرکت های سازنده آن سیستم بود و تنها برای سیستم های تولیدی آن سازنده به کار میرفت که برای کاربران روش مناسب و مطلوبی نبود. به همین دلیل نوعی از ماژو لهای حافظه و بانک استاندارد آن به نام SIMM به بازار آمد که استفاده از آن مورد استقبال شرکت ها و کاربران قرار گرفت.
SIMM : Single Inline Memory Module
این ماژو لهای حافظه در ابتدا به صورت ۳۰ پین و در ادامه به صورت ۷۲ پین و با پهنای باند ۸ بیت در اختیار کاربران قرار گرفت. در ابتدا و در اغلب رایانه ها، بردهای حافظه ی SIMM به صورت دوتایی و با سرعت انتقال داده و ظرفیت یکسان به کار میرفت، زیرا پهنای گذرگاه داده ی سیستم در آن زمان بیشتر از پهنای باند یک ماژول SIMM بود. به عنوان مثال از دو ماژول SIMM با پهنای باند هشت بیتی بر روی یک گذرگاه سیستم با پهنای باند ۱۶ بیت استفاده میشد. در صورت استفاده از یک ماژول حافظ هی SIMM با پهنای باند هشت بیت داده در هر پالس ساعت، از نصف پهنای باندگذرگاه داده شانزده بیتی استفاده میشود. شکل زیر ماژو لهای قدیمی حافظه ی اصلی را نشان می دهد.
حافظه ی همزمان با دستیابی تصادفی (SDRAM)
مهم ترین دغدغه های طراحان سخت افزار رایانه و شاید مهمترین گلوگاه در طراح یهای جدید، استفاده از پردازند ههای پرسرعت و اتصال آن به حافظه ی اصلی است. این اتصال، مهم ترین گذرگاه در کل سیستم رایانه است. از طرفی حافظه های اصلی در سا لهای اخیر همچون سا لهای گذشته همان حافظه ی پویاست. یکی از را ههای کاهش مشکل اختلاف سرعت پردازنده ها و حافظه های اصلی، استفاده از یک یا چند سطح حافظه ی نهان و با سرعت بالا از نوع حافظه ی ایستاست، ولی حافظه ی ایستا خیلی گران است و از طرفی، گسترش ظرفیت حافظه ی نهان از کارایی آن می کاهد.
SDRAM : Synchronous Dynamic RAM
با افزایش سرعت پردازنده و پهنای باند گذرگاه های سیستم و نیز افزایش ظرفیت حافظه ها، بانکهای SIMM دیگر پاسخگوی نیاز سیستم نبودند و طراحان، استاندارد جدیدی برای رفع نیازمندی های سیستم به نام DIMM ارایه کردند.
DIMM : Dual Inline Memory Module
با توجه به ملاحظات بالا، طراحان به فکر را هحل هایی برای افزایش سرعت حافظه ی پویا افتادند. حافظه ی SDRAM یک نوع حافظه ی پویاست که کار تبادل داده با پردازنده را به صورت هم زمان (Synchronous) و با استفاده از ساعت سیستم انجام میدهد. این را ه حل باعث بهبود سرعت حافظه ی پویا شد که به Synchronous DRAM یا همان SDRAM معروف گردید.
برای ماژو لهای حافظه ی SDRAM تراشه های حافظه را در دو طرف برد مدارچاپی قرار می دهند و دارای پهنای باند ۶۴ بیتی هستند. این نوع ماژو لهای حافظه در سیستم هایی با پردازند ههای ،PII ،PIII و PIV قابل استفاده هستند.( Pentium)
حافظه ی پویا همزمان با سرعت انتقال مضاعف (DDR DRAM)
فناوری دیگری که پا به عرصه ی رقابت گذاشت DDR است. برای همزمان کردن ابزار منطقی، انتقال داده با آمدن لبه ی ساعت (Clock Edge) انجام خواهد شد. یک پالس ساعت زمانی مؤثر است که مقدار آن از صفر به یک تغییر کند یا برعکس. DDR DRAM ها از هر دو حالت ساعت یعنی لب هی بالا رونده و لبه ی پایین رونده برای انجام عملیات استفاده می کنند یعنی بدون اضافه کردن فرکانس ساعت می توانند با استفاده از هر دو حالت تغییر ساعت، یک بار در لبه ی بالا رونده و
یک بار در لبه ی پایین رونده، یعنی هنگامی که ساعت از صفر به یک و همین طور از یک به صفر تغییر می کند، سرعت انتقال داده ها را دو برابر کنند. این ماژولهای حافظه در بانکهای DIMM و با ۱۸۴ پین کار می کنند.
DDR DRAM : Double Data Rate Synchronous DRAM
با مقایسه بین DDR RAM و SDRAM در مییابیم که از نظر ساختار داخلی هیچ تفاوتی ندارند و DDR RAM ها نسخه ی جدیدتری از SDRAM ها، با سرعتی دوبرابر هستند. به عنوان مثال یک حافظه ی DDR با فرکانس ساعت ۱۰۰ مگاهرتز می تواند با فرکانس ۲۰۰ مگاهرتز عمل خواندن یا نوشتن داده ها را انجام دهد. پهنای باند حافظه ی DDR مانند SDRAM ها ۶۴ بیتی یا ۸ بایتی است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که سرعت انتقال داده ی حافظه ی مثال فوق برابر است.
با ۸Byte × ۲۰۰ MHz = 1/6 GBps . باید توجه کرد برای استفاده از DDR DRAM ها باید از برد اصلی با قابلیت پشتیبانی آ نها استفاده کرد. جدول زیر مشخصات تعدادی از ماژو لهای DDR DRAM را نشان م یدهد.
فروشندگان قطعات رایانه، فرکانس پالس ساعت را که حافظه با آن کار میکند، را به عنوان سرعت حافظه مطرح می کنند. ولی سرعت در حافظه به سرعت انتقال داده در یک ماژول حافظه گفته می شود که به پهنای باند آن و فرکانس پالس ساعت کاری آن بستگی دارد.
حافظه های DDR2 و DDR3
با عملکرد مناسب حافظه های رم DDR طراحان به فکر توسعه و بهبود عملکرد این نوع حافظه ها افتادند و توانستند عملکرد حافظه را ارتقا بخشند. آنان در فناوری حافظ ههای رم DDR2 موفق شدند سرعت انتقال داده ها را، روی گذرگا ه داده دو برابر کنند (جدول زیر). در واقع حافظه های رم DDR2 دارای فرکانس پالس ساعتی دو برابر حافظه های رم DDR هستند. بنابراین می توان تصور کرد که پهنای باند گذرگاه آن را دو برابر افزایش داده اند. ولتاژ کاری این نسخه به نسبت حافظه های رم DDR کمتر است و در نتیجه توان عملیاتی آن بالاتر رفته است. این حافظه دارای بانک حافظ هی ۲۴۰ پین است.
نسخه ی بعدی DDR ها نیز با دو برابر کردن فرکانس پالس ساعت نسبت به حافظه های DDR2 و همچنین کم کردن سطح ولتاژ کاری توانست سرعت انتقال داده ها را به مقدار بسیار زیادی افزایش دهد. این نسخه DDR3 نام دارد. جدول زیر مشخصات تعدادی از ماژولهای DDR3 را نشان میدهد.
حافظه ی RDRAM
از سال ۱۹۹۹ حافظه های رم DRAM در طراحی جدید Rambus روی بردهای اصلی عرضه شد. در مقایسه با بانک های حافظه ی DIMM که دارای پهنای باند ۶۴ بیتی هستند، این طراحی دارای پهنای باند ۱۶ بیتی است. ماژول این حافظه از یک نوع گذرگاه داده ی خاص برای افزایش سرعت استفاده می کند. اما همان طور که گفته شد سرعت انتقال داده ها در حافظه به دو ویژگی مهم پهنای باند و فرکانس پالس ساعت بستگی دارد. طراحی Rambus توانسته است با عملکرد مناسب در فرکانس پالس ساعت بسیار بالا به نسبت دیگر استانداردهای حافظه ی اصلی، سرعت انتقال داده ها را به صورت فزاینده ای افزایش دهد.
RDRAM : Rambus DRAM
ماژو لهای حافظه ی رم RDRAM با استاندارد RIMM2 و با ۱۸۴ پین کار می کنند. بانکهای این حافظه طوری طراحی شده اند که چند ماژول از این نوع حافظه می توانند به صورت هم زمان داده ارسال کنند
RIMM : Rambus Inline Memory Module
حافظه ی ویدئویی (Video RAM)
تصاویر ویدئویی قبل از این که روی صفحه نمایش ظاهر شوند، در نوع خاصی از حافظه ی رم DRAM ذخیره می شوند که به آن حافظه ی ویدئویی یا رم VRAM گویند.. این حافظه روی کارت آداپتور ویدئویی قرار دارد و مدارهای خاصی به طور مداوم داده های دیجیتال این حافظه را به سیگنا لهای مورد نیاز صفحه نمایش تبدیل و ارسال می کنند. این کار بدون دخالت پردازنده صورت می پذیرد و برای بالابردن سرعت آداپتورهای ویدئویی صورت میگیرد. به این نوع خاص از حافظه هاMP DRAM (حافظه های دینامکیی چندگذرگاه) نیز گفته میشود. به این دلیل که این نوع از حافظه ها دارای امکان دستیابی به اطلاعات، به صورت تصادفی و سریال هستند و به طور هم زمان می توان هم در آ نها نوشت و هم داده ها را از آن ها خواند.