حافظه تصادفی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
تصویری از دو حافظهٔ RAM

حافظه تصادفی (به انگلیسی: Random Access Memory) یا رَم (به انگلیسی: RAM) نوعی حافظه برای ذخیره‌سازی موقت اطلاعات رایانه‌ای است. یک رم به داده‌های ذخیره شده اجازه می‌دهد تا مستقیماً در هر مرحله تصادفی در دسترس باشند در مقابل دیگر رسانه‌های ذخیره داده مثل هارد دیسک ها، سی دی ها، دی وی دی‌ها و نوارهای مغناطیسی و نیز انواع حافظه‌های ابتدایی مثل حافظه درام اطلاعات را به خاطر محدودیت طراحی مکانیکی به طور متوالی در مراحل ازپیش تعیین شده می‌خواند و ثبت می‌کند بنابراین زمان دسترسی به داده‌ها به مکان ان بستگی دارد.
امروزه رم شکل کامل مدار گرفته است انواع جدید DRAMها حافظه دسترسی تصادفی نیستند به طوری که داده‌ها پشت سر هم خوانده می‌شوند هر چند اسم شبیه هم دارند.
اگرچه خیلی از انواع SRAM,ROM,OTP,NOR FLASHحتی در دریافت‌های سخت هنوز حافظه دسترسی تصادفی هستند. رم به طور معمول به انواع حافظه‌های فرار مثل DRAMها وابسته است که در این حافظه‌ها اطلاعات ذخیره می‌شود و با خاموش شدن، اطلاعات از بین می‌رود.
انواع دیگر حافظه‌های غیر فرار مثل اکثر رام ها(ROM) ویک نوع فلش مموری به نام NOR FLASH به خوبی رم هستند.

تاریخچه[ویرایش]

کامپیوترهای اولیه از دستگاه تقویت نیروی برق یا خطوط تاخیری برای عملکرد اصلی حافظه استفاده می‌کردند. حافظه درام می‌تواند به کم هزینه بسط داده شود ولی بازیابی از ایتم‌های مورد نیاز غیر متوالی از درام به منظور بهینه‌سازی سرعت است. چفت لوله لامپ سه قطبی ازخلا ساخته شده است وبعد از ان از ترانزیستورهای گسسته برای حافظه‌های کوچکتر و سریعتر مثل دسترسی تصادفی ثبت نام بانک‌ها وثبت امارها مورد استفاده قرار گرفت چنین ثبت امار نسبتاً بزرگی برای تعداد زیادی داده بسیار پرهزینه است در کل فقط چند صد یا چند هزار بیت چنین حافظه‌هایی ارائه شده است.
اولین رم که به طور عملی مورد استفاده قرار گرفت Williams tubeبود که در سال ۱۹۴۷ساخته و بهره‌برداری شد. داده‌ها را به عنوان نقاط شارژالکتریکی برروی لوله پرتو کاتدی ذخیره می‌کرد از انجا که پرتو الکترونی لوله پرتو کاتدی می‌توانند در هر مرحله نقاط شارژ الکترونی را بخوانند و ثبت کنند حافظه دسترسی تصادفی است. ظرفیت Williams tube چند صد تا حدود چند هزار بیت بود ولی بسیار کوچکتر سریعتر و کارامد تر از لامپ سه قطبی بود.
حافظه هسته مغناطیسی در سال۱۹۴۷ اختراع شد و تا دهه ۱۹۷۰توسعه یافت ونمونه گسترده حافظه دسترسی تصادفی شد وابسته به مجموعه حلقه‌های مغناطیسی است با تغییر نیروی مغناطیسی هر حلقه می‌توانند در هر حلقه یک بیت داده ذخیره شود هر حلقه مجموعه‌ای از سیم ادرس‌ها را دارد که می‌توان ان‌ها را انتخاب کرد خواند یا ثبت کرد و دسترسی به هر قسمت حافظه امکان‌پذیر است. حافظه هسته مغناطیسی تا زمانی که با حافظه حالت جامد در مدارات مجتمع (در اوایل دهه ۱۹۷۰)جایگزین شد استاندارد بود. Robert H.Dennardحافظه دسترسی تصادفی پویا(DRAM)را در سال ۱۹۶۸ اختراع کرد که یک ترانزیستور را جایگزین مجموعه ۴یا۶ ترانزیستوری برای هر بیت کرد و تا حد زیادی باعث افزایش چگالی حافظه در ازای نوسانات شد اطلاعات در خازن کوچک هر ترانزیستور ذخیره می‌شدند وباید هر چند میلی ثانیه قبل از اینکه شارژ خالی کنند به روز می‌شدند.

انواع رم[ویرایش]

۳نوع اصلی رم

  1. RAM پویا (DRAM)
  2. RAM ایستا (SRAM)
  3. حافظه دسترسی تصادفی که تغییر فاز می‌دهند (PRAM)

در رم‌های ایستا یک بیت داده با استفاده از حالت الاکلنگ ذخیره می‌شوند این گونه رم‌ها برای تولید گرانتر هستند ولی سریعتر هستند ونسبت به رم‌های پویا نیاز به قدرت کمتری دارند ودر کامپیوترهای جدید معمولاً به عنوان حافظه Cache برای CPU استفاده می‌شود.
رم‌های پویا برای ذخیره یک بیت داده از یک جفت ترانزیستور و خازن که با هم تشکیل یک سلول حافظه می‌دهند استفاده می‌شود. خازن شارژبالا یا پایین را نگه می‌دارد و وترانزیستور به عنوان یک سوییچ است که اجازه می‌دهد تا مدار کنترل بر روی تراشه موقعیت شارژ خازن را تشخیص دهد ان را تغییر دهد این نوع حافظه از رم‌های ایستا ارزانتر است اغلب از این نوع در کامپیوترهای مدرن استفاده می‌شود.
رم‌های پویا و ایستا هردو حافظه فرار هستند به طوری که با خاموش شدن سیستم حافظه پاک می‌شود. نوع قابل درج رام‌ها مثل فلش مموری خواص رم و رام را دارند اطلاعات را در حالت متصل نبودن نگه می‌دارد و بدون نیاز به تجهیزات خاص به روز می‌شود.
انواع رام‌های پایدار نیمه هادی عبارتند از درایو یو اس بی فلش، کارت حافظه، حافظه ECC برای دوربین‌ها و دستگاه‌های قابل حمل که می‌تواند پویا یا ایستا باشد شامل مدارهای خاصی برای تشخیص یا درست کردن اشتباهات تصادفی در داده‌های ذخیره شده با استفاده از بیت توازن یا کد تصحیح خطا است. در کل اصطلاح رم اشاره دارد به دستگاه‌های حافظه حالت جامد (چه DRAM یا SRAM) وبه طور خاص به حافظه اصلی بیشتر کامپیوترها گویند.
در ذخیره‌سازی نوری اصطلاح DVD-RAMاز اسم بی مسمی برخوردار است برخلاف CD-RW یا DVD-RW نیاز ندارد قبل استفاده پاک شود با این وجود یک DVD-RAM رفتاری مشابه هارددیسک دارد.

سلسله مراتب حافظه[ویرایش]

در رم می‌توان داده‌ها را خواند و بازنویسی کرد بسیاری از سیستم‌های کامپیوتری یک سلسله مراتب حافظه متشکل از ثبت پردازنده)CPU registers) , on-die SRAM caches, حافظه خارجی،حافظه رم پویا، سیستم صفحه بندی (paging systems), حافظه مجازی، فضای مبادله(swap space) در هارد درایو است. کل این حافظه‌ها را می‌توان به عنوان رم توسط بسیاری از توسعه دهندگان در نظر گرفت هرچند که سیستم‌های مختلف می‌توانند در زمان دسترسی بسیار متفاوت باشند نقض مفهوم اصلی در پشت این واژه با دسترسی تصادفی در رم حتی در یک سلسله مراتب مثل DRAM در یک ردیف خاص ستون بانک رتبه بندی کانال یا سازمان ترکیب کننده زمان دسترسی را متغیر می‌سازد البته نه به حدی که چرخش رسانه‌های ذخیره‌سازی ویا یک نوار متغیر است. به طور کلی هدف از استفاده از سلسله مراتب حافظه برای به دست اوردن بالاترین عملکرد قابل دسترس وبه حداقل رساندن هزینه کل سیستم حافظه است.

کاربردهای دیگر رم[ویرایش]

رم علاوه بر ذخیره‌سازی اطلاعات و محیط کار برای سیستم عامل کاربردهای مختلفی دارد.

حافظه مجازی[ویرایش]

بیشتر سیستم عامل‌های مدرن روش گسترش ظرفیت حافظه را به کار می‌گیرند که به نام حافظه مجازی شناخته می‌شود بخشی از هارد دیسک کامپیوتر در کنار تنظیم برای صفحه بندی فایل یا یک پارتیشن ابتدایی ترکیبی از حافظه سیستم و فایل صفحه بندی کل حافظه سیستم را تشکیل می‌دهند (برای مثال اگر کامپیوتر ۲ گیگ حافظه رم و ۱ گیگ حافظه فایل صفحه بندی داشته باشد کل حافظه در دسترس سیستم عامل ۳گیگ است). وقتی حافظه سیستم کم می‌شود بخشی از رم به فایل صفحه بندی برای ایجاد فضایی برای داده‌های جدید منتقل می‌شود و همچنین برای بازگردانی اطلاعات قبلی استفاده می‌شود استفاده بیش از حد از این مکانیزم مانع عملکرد کلی سیستم می‌شود چون هارددیسک به مراتب از رم کندتر است.
نرم‌افزاری که قسمتی ازیک RAMکامپیونررابخش بندی کرده وامکان عملکردان به صورت درایوسریع تررافراهم میاورد RAM DISKنامیده میشودیک RAM DISK اطلاعات ذخیره شده راهنگام خاموش شدن کامپیوترازدست می‌دهد، مگراینکه حافظه دارای یک منبع باتری اماده بکارباشد.

SHADOW RAM[ویرایش]

گاهی اوقات، محتویات تراشهٔ ROMکم سرعت به منظورکوتاه ترکردن زمان دستیابی، برای حافظهٔ READ/WRITE کپی می‌شود. تراشه ROMهنگام تغییرمکان اولیه حافظه برروی بلوک مشابه به ادرس ها (اغلب غیرقابل رایت)، غیرفعال می‌شود. این فرایند، که به ان SHADOWINGگفته می‌شود، درهردوی کامپیوترهاوسیستم‌های جاسازی شده بسیارمتداول است.

بعنوان یک نمونه رایج ،BIDSدرکامپیوترهای معمولی اغلب دارای یک گزینه به نام "استفاده “SHADOW BIOSیامشابه ان است. بافعال سازی ان، توابع وکاربردهای متکی به داده‌های مربوط به BIOS ROMبه جای ان ازموقعیت‌های DRAMاستفاده می‌کنند. این امربسته به نوع سیستم ممکن است منجربه افزایش کارکردنشده ویاباعث ناسازگاری گرددبعنوان مثال، ممکن است برخی از سخت افزارهاهنگام استفاده ازSHADOW RAM، به سیستم عملگردسترسی نداشته باشد. این مزیت می‌توانددربرخی ازسیستم هافرضی باشد، زیراBIOS پس از راه‌اندازی به وسیله دست یابی مستقیم سخت‌افزار، مورد استفاده قرارنمیگیرد. حافظهٔ خالی نیز باتوجه به اندازه SHADOW RAMهاکوچک می‌شود.

پیشرفت‌های اخیر[ویرایش]

چندین نوع جدیداز RAMغیرفرارباقابلیت حفظ اطلاعات هنگام خاموش شدن درحال توسعه می‌باشد. تکنولوژیهای بکاررفته شامل نانوتیوب‌های کربنی وروش‌های بااستفاده ازاثرتومل مغناطیسی می‌باشد. درمیان نسل اول MRAMها، یک تراشه RAM مغناطیسی درتابستان ۲۰۰۳بااستفاده ازتکنولوژی ۰٫۱۸میکرومتری ساخته شد.

دیوارهای حافظه[ویرایش]

دیوارهای حافطه، اختلافات وعدم توازن، پهنای باندارتباطی محدوددرحاشیه تراشه است. ازسال ۱۹۸۶تا۲۰۰۰، سرعتcpuبه میزان سالانه ۵۵٪وسرعت حافظه تنهابه میزان ۱۰٪بهبودیافت. باوجوداین گرایش‌ها،انتظارمی رفت که رکودحافظه به یک تنگنای سراسری درعملکردکامپیوترتبدیل شود. پیشرفت‌های سرعت cpuبه طورقابل توجهی کندشود، بخشی به سبب موانع اصل فیزیکی موجودوبخشی به دلیل وجودمشکل دیوارهٔ حافظه درطراحی‌های اخیرcpuازبرخی جهات می‌باشد. این دلایل به صورت اسنادی درسال ۲۰۰۵توسط INTELتشریح شد.
ابتدا، باکوچک شدن هندسی تراشه وبالارفتن فرکانس‌های کلاک، جریان نشست ترانزیستورافزایش یافته وموجب مصرف توان وگرمای بیشترمیشود. ثانیاًمیکرومتری پیدایش یافت. دوتکنیک درحال توسعه تکنولوژی"کروکس"ارائه شده وانتقال گشتاوراپسین (STT)که باهمکاری کروکس، هاینیکس ،IBMوچندین کارخانه دیگرتوسعه یافته است. درسال ۲۰۰۴،"نانترو"ارایهٔ GiB10ازپیش نمونه حافظهٔ نانوتیوب کربنی راتولیدکردبااین وجود، توانایی این تکنولوژیهادربه کارگیری احتمال اشتراک فروش تجاری ازDRAMتاSRAMیاتکنولوژی فلش مموری همچنان نامشخص مانده است .
ازسال ۲۰۰۶،"درایوهای حالت جامد"(مبتنی برفلش مموری) باظرفیت‌های بالغ بر۲۵۶گیگابایت وکارکردهای خیلی بیشترازدیسک‌های قدیمی، دردسترس قرارگرفت. این توسعه، شروع به محوکردن تعریف بین"دیسک "ومموری بادست یابی تصادفی سنتی، باکاهش تفاوت‌های کارکردکرد.
برخی ازانواع مموری بادست یابی تصادفی نظیر"”ECORAM، به طورخاص برای مزارع، که درانها مصرف کم توان ازاهمیت بیشتری نسبت به سرعت برخورداراست، مزایای سرعت بالای کلاک به وسیله رکوردحافظه خنثی شده است، چون زمانهای دست یابی حافظه قادربه حفظ سرعت باافزایش فرکانس‌های کلاک نمی‌باشد. ثالثاً، طرح‌های ترتیبی قدیمی درکاربردهای مشخص، باسریع ترشدن پروسسورهاغیرکارامدترمیشوند (به دلیل پدیده‌ای به نام "تنگنای وان نیومن")ودرنتیجه موجب پایین ترامدن ارزش بهرهٔ ناشی ازافزایش فرکانس میگرددبعلاوه، بخشی به سبب محدودیت‌های وسایل تولیداندوکتانس دردستگاه‌های حالت جامد، تاخیرات RC(مقاومت –خازن) درارسال سیگنال باکوچک شدن اندازهٔ مشخصه‌ها، درحال رشدبوده که یک تنگنای اضافی رابه ان تحمیل می‌کند. تاخیرات RCدرارسال سیگنال دربرخی کلاک درمقابل IPCنیزذکرشده بودک"”THE END OF THE ROADبرای طرح ریزقراردادی که پروژه‌ای باماکزیمم بهبودعملکردCPUسالانه میانگین ۱۲٫۵٪بین سالهای ۲۰۰۰تا۲۰۱۴بوده است. داده‌های پروسورهای INTEIبه وضوح کاهش تدریجی دربهبودکارکردپروسسورهای اخیررانشان می‌دهند. بلاین حال، پروسسورهای TNTEL CORE 2 DUO ((CONROEنشان دهندهٔ پیشرفت قابل توجهی درپروسسورهای پنتیوم ۴قبلی بودواین موضوع به سبب طرحی کارامدتروافزایش کارکردضمن کاهش واقعی نرخ کلاک است.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  • مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Random-access memory»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد.