تلفن های همراه
     PDA ها
     کنسول های بازی
     رادیوهای اتومبیل
     VCRs
     تلویزیون ها

در این مقاله شما خواهید آموخت که چرا انواع مختلفی از حافظه وجود دارد و منظور از همه اصطلاحات چیست. در صفحه بعد، با اصول اولیه شروع می کنیم: دقیقا چه اتفاقی می افتد کامپیوتر حافظه؟

مبانی حافظه کامپیوتر

اگرچه حافظه از لحاظ فنی هر نوع ذخیره سازی الکترونیکی است، اما اغلب برای شناسایی انواع سریع و موقت ذخیره سازی استفاده می شود. اگر CPU کامپیوتر شما مجبور به دسترسی به هارد دیسک برای بازیابی هر قطعه ای از اطلاعات مورد نیاز، آن را بسیار کند است. هنگامی که اطلاعات در حافظه نگهداری می شود، CPU می تواند به آن بسیار سریعتر دسترسی پیدا کند. اکثر اشکال حافظه در نظر گرفته شده برای ذخیره داده ها به طور موقت.

همانطور که در نمودار بالا دیده می شود، پردازنده به حافظه بر اساس سلسله مراتب متمایز دسترسی پیدا می کند. این که آیا از حافظه دائمی (هارد دیسک) یا ورودی (صفحه کلید) می آید، بیشتر اطلاعات در ابتدا به حافظه دسترسی تصادفی (RAM) می رسد. CPU سپس قطعاتی از داده ها را که نیاز به دسترسی دارند، اغلب در حافظه پنهان ذخیره می کند و دستورالعمل خاصی در ثبت نام دارد. ما در مورد حافظه پنهان صحبت می کنیم و بعدا ثبت می کنیم.

تمام اجزای رایانه شما، مانند CPU، هارد دیسک و سیستم عامل، با هم به عنوان یک تیم کار می کنند و حافظه یکی از اجزای مهم این تیم است. از لحظه ای که کامپیوتر خود را تا زمانیکه شما آن را خاموش می کنید، CPU شما به طور مداوم از حافظه استفاده می کند. بیایید نگاهی به یک سناریوی معمولی ببریم:

    کامپیوتر را روشن کنید
    کامپیوتر بارگیری داده ها از حافظه فقط خواندنی (ROM) و انجام خودکار خود آزمون (POST) برای اطمینان از اینکه تمام اجزای اصلی به درستی کار می کنند. به عنوان بخشی از این آزمون، کنترل کننده حافظه همه آدرس های حافظه را با عملیات خواندن و نوشتن سریع بررسی می کند تا اطمینان حاصل شود که هیچ خطایی در تراشه های حافظه وجود ندارد. خواندن / نوشتن به این معنی است که داده ها به یک بیت نوشته شده اند و سپس از آن بیت خوانده می شوند.
    کامپیوتر کامپیوتر سیستم ورودی / خروجی پایه (BIOS) را از ROM بارگذاری می کند. BIOS اساسی ترین اطلاعات مربوط به دستگاه های ذخیره سازی، توالی بوت، امنیت، پلاگین و پخش (قابلیت تشخیص خودکار دستگاه) و چندین مورد دیگر را فراهم می کند.
    کامپیوتر سیستم عامل (OS) را از دیسک سخت به سیستم RAM بارگذاری می کند. به طور کلی، بخش های بحرانی سیستم عامل در حالی که کامپیوتر روشن است، در RAM نگهداری می شود. این به CPU اجازه دسترسی فوری به سیستم عامل را می دهد که عملکرد و قابلیت کلی سیستم را افزایش می دهد.
    هنگامی که شما یک برنامه را باز می کنید، آن را به RAM بارگذاری می شود. برای حفظ استفاده از RAM، بسیاری از برنامه ها ابتدا فقط قسمت های ضروری برنامه را بارگذاری می کنند و سپس قطعات دیگر را در صورت نیاز بارگذاری می کنند.
    پس از یک بار لود شدن برنامه، هر فایل ای که برای استفاده در آن برنامه باز است، به RAM وارد می شود.
    هنگام ذخیره یک فایل و بستن برنامه، فایل به دستگاه ذخیره سازی مشخص شده نوشته شده و پس از آن برنامه از RAM حذف می شود.

در لیست بالا، هر بار که چیزی بارگذاری یا باز می شود، آن را به RAM قرار می دهد. این به سادگی نشان می دهد که آن را در منطقه ذخیره سازی موقت کامپیوتر قرار داده شده به طوری که CPU می تواند به این اطلاعات دسترسی راحت تر. CPU اطلاعاتی را که از RAM نیاز دارد، پردازش می کند و دادههای جدید را به RAM در یک چرخه پیوسته می نویسد. در اغلب کامپیوترها، این تغییر دادن داده بین پردازنده و RAM، میلیون ها بار در هر ثانیه اتفاق می افتد. هنگامی که یک برنامه بسته می شود، آن و هر فایل همراه آن معمولا از RAM رفع می شود (حذف می شود) برای ایجاد اطلاعات جدید. اگر فایل های تغییر یافته قبل از پاک شدن به یک دستگاه ذخیره سازی دائمی نرسد، آنها از بین می روند.

یک سوال معمول در مورد کامپیوترهای رومیزی که همیشه مطرح می شود این است: “چرا یک کامپیوتر نیاز به سیستم های حافظه زیادی دارد؟“

انواع حافظه کامپیوتر

یک کامپیوتر معمولی است:

    سطح ۱ و سطح ۲ حافظه های ذخیره شده
    RAM معمولی
    حافظه مجازی
    هارد دیسک

چرا بسیاری؟ پاسخ به این سوال می تواند به شما در مورد حافظه زیادی یاد دهد!

این محتوا در این دستگاه سازگار نیست.

CPU های سریع و قدرتمند برای دستیابی سریع و آسان به مقادیر زیاد اطلاعات به منظور افزایش کارایی آنها نیاز دارند. اگر پردازنده نمی تواند به داده های مورد نیازش دسترسی پیدا کند، به معنای واقعی کلمه متوقف می شود و منتظر می ماند. پردازنده های مدرن که با سرعت حدود ۱ گیگا هرتز کار می کنند، می توانند مقدار زیادی اطلاعات را ذخیره کنند – به طور بالقوه میلیاردها بایت در ثانیه. مشکل این است که این است که طراحان کامپیوتر صورت است که حافظه می تواند با یک پردازنده ۱ گیگاهرتزی نگه دارید تا بسیار گران قیمت است – بسیار گران تر از هر کسی می تواند در مقادیر زیاد استطاعت.

طراحان کامپیوتر مشکلات هزینه را با “تناوب” حافظه حل می کنند – با استفاده از حافظه گران در مقادیر کم و سپس با مقادیر بالاتری از حافظه ارزان تر.

ارزان ترین شکل حافظه خواندن / نوشتن در استفاده گسترده از امروز هارد دیسک است. هارد دیسک حجم زیادی از ذخیره سازی دائمی و ارزان را ارائه می دهد. شما می توانید فضای دیسک سخت برای سکه در هر مگابایت خرید، اما آن می توانید کمی از زمان (نزدیک یک ثانیه) به خواندن یک هارد دیسک مگابایت است. از آنجا که فضای ذخیره سازی بر روی هارد دیسک بسیار ارزان و فراوان است، مرحله نهایی سلسله مراتب حافظه CPU ها، حافظه مجازی نامیده می شود.

سطح بعدی سلسله مراتب RAM است. ما در مورد نحوه عملکرد RAM در مورد RAM صحبت می کنیم، اما چندین مورد در مورد RAM در اینجا مهم است.

اندازه بیتی یک پردازنده به شما می گوید که چند بایت اطلاعات می تواند از یک حافظه در یک زمان دسترسی پیدا کند. به عنوان مثال، پردازنده ۱۶ بیتی می توانید دو بایت در یک زمان پردازش (۱ بایت = ۸ بیت، به طوری که ۱۶ بیت = ۲ بایت) و یک پردازنده ۶۴ بیتی می تواند هشت بایت در یک زمان پردازش می کند.

مگا هرتز (مگاهرتز) اندازه گیری سرعت پردازش پردازنده یا چرخه ساعت در میلیون ها ثانیه است. بنابراین، ۳۲ بیتی ۸۰۰ مگاهرتزی پنتیوم III 4 بایت به طور بالقوه به طور همزمان، ۸۰۰ میلیون بار در ثانیه (بر اساس خط لوله احتمالا بیشتر) روند! هدف سیستم حافظه این است که به آن نیازها برسد.

رم سیستم کامپیوتری به تنهایی برای مطابقت با سرعت پردازنده کافی نیست. به همین دلیل است که شما نیاز به یک حافظه پنهان (که بعدا مورد بحث قرار می گیرد). با این حال، RAM سریع تر است، بهتر است. اکثر تراشه ها امروزه با سرعت چرخه ۵۰ تا ۷۰ نانو ثانیه کار می کنند. سرعت خواندن / نوشتن معمولا نوعی از نوع RAM استفاده شده مانند DRAM، SDRAM، RAMBUS است. ما در مورد این انواع مختلف حافظه بعدا صحبت خواهیم کرد.

اول، بیایید درباره سیستم RAM صحبت کنیم.

چگونه حافظه کامپیوتر کار می کند
توسط جف تیسون

رم سیستم

سرعت رم سیستم با سرعت اتوبوس و سرعت اتوبوس کنترل می شود. عرض اتوبوس به تعداد بیت هایی است که می تواند به طور همزمان به CPU فرستاده شود، و سرعت اتوبوس به تعداد دفعاتی که یک گروه از بیت ها می تواند هر ثانیه ارسال شود اشاره دارد. یک چرخه اتوبوس زمانی اتفاق می افتد که اطلاعات از حافظه به CPU حرکت می کند. به عنوان مثال، یک اتوبوس ۳۲ بیتی ۱۰۰ مگاهرتز میتواند به ۴ بایت (۳۲ بیت با ۸ = ۴ بایت) تقسیم شده به پردازنده ۱۰۰ میلیون بار در هر ثانیه ارسال کند، در حالی که در اتوبوس ۱۶ بیتی ۶۶ مگاهرتزی می تواند ارسال کند ۲ بایت داده ۶۶ میلیون بار در هر ثانیه. اگر ریاضی را انجام دهید، می بینید که به سادگی تغییر عرض اتوبوس از ۱۶ بیت به ۳۲ بیت و سرعت از ۶۶ مگاهرتز تا ۱۰۰ مگاهرتز در مثال ما اجازه می دهد تا سه برابر اطلاعات (۴۰۰ میلیون بایت در مقابل ۱۳۲ میلیون بایت) برای عبور از هر ثانیه به CPU.

در واقع، RAM معمولا با سرعت مطلوب عمل نمی کند. تأخیر در معادله به طور اساسی تغییر می کند. Latency اشاره به تعداد چرخه های ساعت مورد نیاز برای خواندن کمی اطلاعات است. به عنوان مثال، RAM با سرعت ۱۰۰ مگاهرتز قادر به ارسال یک بیت در ۰٫۰۰۰۰۰۰۰۱ ثانیه است، اما ممکن است برای شروع فرآیند خواندن برای اولین بیت، ۰٫۰۰۰۰۰۰۰۵ ثانیه طول بکشد. پردازنده ها برای جبران تأخیر، یک تکنیک خاص به نام حالت پشت سر هم استفاده می کنند.

CPU در سلولهای حافظه متوالی ذخیره خواهد شد. کنترل کننده حافظه پیش بینی می کند که هر کدام از CPU در حال کار بر روی ادامه این سری از آدرس های حافظه ادامه خواهد داد، به طوری که آن را می خواند چند بیت از داده ها با هم. این بدان معنی است که تنها اولین بیتی به اثر کامل تأخیر می پردازد؛ خواندن بیت های پی در پی به طور قابل توجهی کمتر زمان می برد. حالت بارسنجی امتیاز حافظه به طور معمول به عنوان چهار عدد با تفکیک تفکیک می شود. شماره اول به شما می گوید تعداد چرخه های ساعت مورد نیاز برای شروع عملیات خواندن؛ شماره های دوم، سوم و چهارم به شما می گویند چقدر تعداد چرخه ها برای خواندن هر بیت متوالی در ردیف مورد نیاز است، همچنین به عنوان خط word شناخته می شود. به عنوان مثال: ۵-۱-۱-۱ به شما می گوید که پنج سیکل برای خواندن اولین بیت و یک چرخه برای هر بیت پس از آن طول می کشد. بدیهی است که این رقم پایین تر است، کارایی حافظه بهتر است.

حالت انفجار اغلب در ارتباط با خط لوله استفاده می شود، به عنوان یکی دیگر از ابزار به حداقل رساندن اثرات تاخیر. Pipelining بازیابی داده ها را به یک فرایند خط مونتاژ سازماندهی می کند. کنترل کننده حافظه به طور همزمان یک یا چند کلمه از حافظه را می خواند، کلمه یا کلمات فعلی را به CPU می فرستد و یک یا چند کلمه را به سلول های حافظه می نویسد. استفاده همزمان، حالت پشت سر هم و خطوط لوله می تواند به طور چشمگیری کاهش تاخیر ناشی از تأخیر را کاهش دهد.

پس چرا شما سریعترین و گسترده ترین حافظه را که می توانید دریافت می کنید خریداری نکنید؟ سرعت و عرض اتوبوس حافظه باید با اتوبوس سیستم منطبق باشد. شما می توانید از حافظه طراحی شده برای کار در ۱۰۰ مگاهرتز در یک سیستم ۶۶ مگاهرتزی استفاده کنید اما در سرعت ۶۶ مگاهرتز اتوبوس اجرا خواهد شد، بنابراین هیچ مزیتی وجود ندارد و حافظه ۳۲ بیتی بر روی ۱۶ بیت جا نمی شود اتوبوس

حتی با یک اتوبوس گسترده و سریع، برای رسیدن به و از کارت حافظه به پردازنده بیشتر از CPU برای پردازش داده ها طول می کشد. این جایی است که کش ها وارد می شوند

کش و ثبت نام

Cache ها برای کاهش این تنگنا طراحی شده اند که داده ها اغلب توسط CPU فورا در دسترس هستند. این کار با ساخت یک مقدار کم حافظه، شناخته شده به عنوان کش اولیه یا سطح ۱، درست به CPU انجام می شود. سطح ۱ کش بسیار کوچک است، معمولا بین ۲ کیلوبایت (KB) و ۶۴ کیلوبایت است.

حافظه ثانویه یا سطح ۲ معمولا روی یک کارت حافظه واقع در نزدیکی CPU قرار دارد. کش ۲ سطح دارای اتصال مستقیم به CPU است. یک مدار مجتمع اختصاصی در مادربرد، کنترل کننده L2، استفاده از حافظه کش ۲ سطح توسط CPU را تنظیم می کند. بسته به CPU، اندازه حافظه پنهان سطح ۲ بین ۲۵۶ کیلو بایت تا ۲ مگابایت (MB) است. در اکثر سیستم ها، داده های مورد نیاز توسط CPU از حافظه پنهان تقریبا ۹۵ درصد از زمان دسترسی پیدا می کند، به طوری که کل هزینه مورد نیاز برای CPU برای داده ها از حافظه اصلی کاهش می یابد.

برخی از سیستم های ارزان قیمت با سطح کش ۲ کاملا مخدوش می شوند. بسیاری از پردازنده های با کارایی بالا در حال حاضر سطح کش ۲ را که در واقع تراشه CPU ساخته شده است. بنابراین، اندازه حافظه پنهان سطح ۲ و اینکه آیا در پردازنده (در پردازنده) یک عامل تعیین کننده در عملکرد CPU است. برای جزئیات بیشتر در مورد ذخیره، ببینید چگونه چگونه کار می کند.

یک نوع خاص از RAM، حافظه دسترسی تصادفی استاتیک (SRAM)، در درجه اول برای حافظه کش استفاده می شود. SRAM از چند ترانزیستور، معمولا ۴ تا ۶، برای هر سلول حافظه استفاده می کند. این یک آرایه دروازه خارجی شناخته شده به عنوان یک multivibrator دوتایی است که سوئیچ ها، و یا فلیپ فلاپ، بین دو حالت است. این بدان معنی است که لازم نیست دائما مانند DRAM تجدید شود. هر سلول داده های خود را حفظ خواهد کرد تا زمانی که قدرت داشته باشد. بدون نیاز به طراوت دائمی، SRAM می تواند بسیار سریع عمل کند. اما پیچیدگی هر سلول آن را برای استفاده به عنوان RAM معمولی گران می کند.

SRAM در حافظه پنهان می تواند یکسان یا همگام باشد. SRAM همگام طراحی شده است که دقیقا مطابق با سرعت پردازنده باشد، در حالی که ناهمزمان نیست. این کمی از زمانبندی باعث ایجاد تفاوت در عملکرد می شود. مطابقت سرعت پردازنده CPU چیز خوبی است، بنابراین همیشه برای SRAM همگام سازی می شود. (برای اطلاعات بیشتر در مورد انواع مختلف RAM، ببینید How RAM Works.)

گام نهایی در حافظه رجیسترها است. اینها سلولهای حافظه هستند که به درستی در CPU ساخته شده اند که حاوی داده های خاص مورد نیاز CPU، به ویژه واحد حساب و منطق (ALU) است. بخشی جدایی ناپذیر از CPU، توسط کامپایلر کنترل می شود که اطلاعات را برای CPU برای پردازش ارسال می کند. ببینید چگونه میکروپروسسورها برای جزئیات در مورد رجیسترها کار می کنند.

برای راهنمای قابل دستیابی به حافظه کامپیوتر، شما می توانید لیست گسترده ای از شرایط حافظه کامپیوتر HowStuffWorks را چاپ کنید.