حافظه نیمه‌هادی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

حافظه نیمه‌هادی یک دستگاه انبارش داده الکترونیکی است که معمولا به عنوان حافظه رایانه استفاده شده و از کاشت یک تراشه‌ی نیمه‌هادی درست می‌شود. این دستگاه در انواع مختلف و با فناوری‌های مختلف ساخته می‌شود.

حافظه نیمه‌هادی خاصیت حافظه دسترسی تصادفی را دارد، به این معنی که برای دسترسی به هر داده‌ای در هر مکانی یک مقدار زمان لازم است چرا که اطلاعت در آن به صورت تصادفی خوانده می‌شوند.[۱] در این مورد، حافظه‌های نیمه‌هادی با واسط‌های انبارش داده مانند دیسک سخت یا الواح فشرده متفاوت هستند چرا که آن‌ها قابلیت خواندن و نوشتن متوالی دارند و داده‌ها به همان نوبتی خوانده می‌شوند که نوشته شده‌اند. این نوع حافظه همچنین زمان دسترسی سریع‌تری نسبت به دیگر حافظه‌ها دارند؛ به طوری که یک بایت از داده در حافظه نیمه‌هادی می تواند در یک نانوثانیه خوانده و نوشته شود در حالی که در حافظه‌های چرخشی مانند دیسک سخت، میلی‌ثانیه زمان دسترسی لازم خواهد بود. به همین دلایل از این حافظه در رایانه به عنوان حافظه اصلی استفاده می‌شود تا داده‌های در دست پردازش رایانه را در خود انبار کند.

شیفت رجیسترها، پروسس رجیسترها، حافظه‌های میانگیر و دیگر رجیستر‌های دیجیتال کوچک که مکانیزم رمزگشایی آدرس حافظه ندارند، حافظه محسوب نمی‌شوند هرچند داده‌های دیجیتال را انبارش می‌کنند.

توصیف[ویرایش]

در تراشه حافظه نیمه‌هادی، هر بیت از داده‌های دودویی در مداری ریز به نام سلول حافظه، متشکل از یک یا چندین ترانزیستور، ذخیره می‌شود. سلول‌های حافظه در آرایه‌های مستطیلی بر روی تراشه قرار گرفته‌اند. سلول‌های حافظۀ ۱-بیتی در گروه کوچکی به نام کلمات جمع می‌شوند که با یکدیگر یک آدرس دسترسی حافظه دارند. حافظه از طول کلماتی از توان دو، معمولا ۸ یا ۴ ،۲ ،۱ = n بیت، درست می‌شود.

داده بنابر خواستۀ یک آدرس حافظه دودویی که به پایه‌های آدرس تراشه فرستاده شده است، دستیابی می‌شود. اگر آدرس حافظه متشکل از m باشد، شمارۀ آدرس m۲ خواهد بود که کلمه‌ای n دارد.بنابراین، مقدار داده‌ای که در هر تراشه ذخیره خواهد شد، m۲n خواهد بود.[۱] اعداد ممکن ۱، ۲، ۴، ۸، ۱۶، ۳۲، ۶۴، ۱۲۸، ۲۵۶ و ۵۱۲ کیلوبیت، مگابیت، گیگابیت و ترابیت هستند که در اینجا به حالت پیشوندهای دودویی نشان داده شده‌اند. هم‌اکنون بزرگترین تراشه حافظه نیمه‌هادی تنها چند گیگابیت داده را در خود نگه‌میدارد اما در حافظه‌هایی با توانایی بیشتر در حال توسعه و ساخت هستند. با ترکیب چندین مدار مجتمع، حافظه می‌تواند طول کلمه یا فضای حافظۀ بیشتری داشته باشد، که لزوما توانی از دو نیست.[۱]

دو عملیات اصلی که توسط تراشه حافظه انجام می‌شوند خواندن، که محتوای داده‌های یک کلمه حافظه خوانده می‌شود (غیرمخرب)، و نوشتن، که داده در یک کلمع حافظه انبار شده و جایگزین هر داده‌ای دیگر که در آنجا بود می‌شود، می‌باشند.

به اضافۀ تراشه‌های حافظۀ مستقل، بلوک‌هایی از حافظه‌های نیمه‌هادی قسمت تکمیل‌گر بسیاری از رایانه‌ها و مدارات مجتمع پردازش داده می‌باشند. برای مثال تراشه‌های ریزپردازنده‌ها که رایانه را به کار می‌اندازند، حافظه نهانی دارند که دستورالعمل‌های منتظر اجرا را انبار می‌کنند.

انواع[ویرایش]

چند تراشۀ مختلف رم

حافظه فرار با قطع شدن برق ورودی به تراشه، داده‌های انبارش شده بر رویش را از دست می‌دهد. هرچند این حافظه می‌تواند نسبت به حافظه غیرفرار سریع‌تر و ارزان‌تر باشد. از آنجایی که داده‌ها در صورت خاموش بودن رایانه بر روی دیسک سخت ذخیره می‌شوند، حافظه‌های فرار به عنوان حافظۀ اصلی در اکثر رایانه‌‌های امروز استفاده می‌شوند. انواع اصلی این حافظه عبارتند از:[۲][۳]

  • رم (حافظه دسترسی تصادفی) امروزه به لفظی عمومی برای هر حافظه نیمه‌هادی تبدیل که قابلیت خواندن و نوشتن را دارد، تبدیل شده است. باید گفته شود که تمام حافظه‌های نیمه‌هادی و نه فقط رم، قابلیت دسترسی تصادفی دارند.
    • دی‌رم (حافظه دسترسی تصادفی پویا)؛ یک حافظه که سلول‌های حافظه‌اش برای هر بایت از یک خازن و یک ترانزیستور دارد. از آنجایی که این حافظه ارزان‌ترین و چگال‌ترین است، حافظۀ اصلی رایانه است. چون بار الکتریکی ذخیره شده بر روی سلول‌های حافظه به آرامی نشت می‌کند، بایستی به صورت متناوب آن را تازه (بازنویسی) کرد. فرایند تازه‌سازی می‌تواند به صورت اتوماتیک باشد یا برعهدۀ کاربر قرار گیرد.
      • اف‌پی‌ام دی‌رم (حالت صفحۀ سریع دی‌رم)؛ یک نوع قدیمی دی‌رم غیر‌هم‌زمان بود که با دادن دسترسی مکرر به "صفحه"ای از حافظه، سرعتش از مدل‌های قبلی بیشتر شد. از این نوع حافظه در اوایل دهۀ ۱۹۹۰ استفاده می‌شد.
      • ئی‌دی‌او دی‌رم (خروجی‌داده گسترش‌یافتۀ دی‌رم)؛ یک نوع قدیمی دی‌رم غیر‌هم‌زمان بود که با دادن دسترسی به داده‌ای قبل از آنکه دادۀ قبلی منتقل شود، سرعتش از مدل‌های قبلی بیشتر شد. از این نوع حافظه در اواخر دهۀ ۱۹۹۰ استفاده می‌شد.
      • وی‌رم (حافظه دسترسی تصادفی ویدئویی)؛ یک نوع قدیمی دو-درگاهه که برای فریم‌بافر و آداپتورهای ویدئو استفاده می‌شد.
      • اس‌دی‌رم (حافظه دسترسی تصادفی پویای هم‌زمان)؛ این حافظه، سازماندهی مجدد تراشه‌های حافظۀ دی‌رم بود، که با اضافه شدن خط ساعت به آن باعث شد تا به صورت هم‌زمان با ساعت گذرگاه حافظه کار کند. دادۀ روی تراشه به بانک‌های تقسیم شدند تا بتوانند به صورت متوالی بر روی چندین دسترسی حافظه در بانک‌های متفاوت کار کنند. تا سال ۲۰۰۰ این حافظه به بخش پویایی از حافظۀ رایانه تبدیل شد.
        • دی‌دی‌آر اس‌دی‌رم (اس‌دی‌رم با سرعت دادۀ دوبرابر)؛ اصلاح شدۀ اس‌دی‌رم بود که با افزایش سرعت داده، تراشه را ممکن می‌ساخت تا حافظۀ داده را دوبرابر سریعتر(۲ کلمه پی‌در‌پی) در هر چرخۀ ساعت به وسیلۀ پمپاژ دوگانه (انتقال داده هم در رفت و هم در برگشت در هر پالس ساعت) انتقال دهد. از آنجایی که افزایش سرعت ساعت داخلی تراشه‌های حافظه مشکل است، این تراشه‌ها با انتقال دادن بلوک‌های بزرگتر، سرعت انتقال را افزایش دادند:
      • آردی‌رم (دی‌رم رم‌باس)؛ یک حافظۀ بود که استانداردهای سرعت دادۀ دوبرابر عوض کرد و برای مدتی بر روی سیستم‌های اینتل استفاده شد اما به‌وسیلۀ دی‌دی‌آر۲ اس‌دی‌رم از رده خارج شد.
      • اس‌جی‌رم (رم گرافیکی هم‌زمان) یک حافظۀ اس‌دی‌رم مخصوص بود که برای کارت‌‌های گرافیک ساخته شده. این رم می‌تواند عملیات‌های گرافیکی مانند بیت مسک کردن، نوشتن بلوک و باز کردن دوصفحه از حافظه در آن واحد را انجام دهد.
      • پی‌اس‌رم (رم متناوب)؛ این حافظه، اس‌دی‌رمی است که مداری دارد تا بتواند عملیات بازنوسی را بر روی تراشه انجام دهد، بنابراین شبیه به اس‌رم عمل کرده و اجازه می‌دهد تا کنترل‌گر خارجی حافظه برای ذخیرۀ انرژی خاموش شود. از این حافظه در چند کنترل‌کننده بازی مانند وی استفاده شده است.
    • اس‌رم (حافظه دسترسی تصادفی ایستا)؛ این حافظه، متکی بر چندین ترانزیستور بوده و یک فلیپ‌فلاپ دیجیتالی را شکل می‌دهد تا هر بیت را ذخیره کند. اس‌رم نسبت به دی‌رم کم‌چگال‌تر بوده و گران‌تر است اما سریعتر بوده و نیاز به تازه‌سازی ندارد. از این حافظه در حافظۀ نهان کوچکتر در رایانه استفاده می‌شود.
  • حافظه تداعیگر یک نوع حافظۀ مخصوص است که به‌جای دسترسی به داده‌ها به کمک آدرس، یک کلمه داده بکار گرفته شده و حافظه مکان آن را در صورتی که کلمه ذخیره شده باشد، برمیگرداند. حافظه تداعیگر بیشتر با دیگر تراشه‌ها مانند ترانزیستورها همراه می‌شود و در حافظه نهان کاربرد دارد.

حافظه غیرفرار، داده‌هایی را در زمان قطع شدن برق نیز نگه می‌دارد به همین دلیل از آن برای حافظۀ دستگاه‌های قابل‌حملی که هیچ دیسکی ندارند و کارت‌های حافظه استفاده می‌شود. انواع اصلی این حافظه عبارتند از:[۲][۳]

  • رام (حافظه فقط خواندنی)؛ این حافظه برای نگه‌داری موقت داده‌ها طراحی شده است و در عملیات‌های معمولی فقط می‌خواند و چیزی نمی‌نویسد. با اینکه بعضی از مدل‌های رام می‌توانند بنویسند، اما سرعت آن بسیار پایین خواهد بود و معمولا کل تراشه باید از اول به صورت کامل بازنویسی شود. رام معمولا برای ذخیرۀ نرم‌افزار سیستمی استفاده می‌شود که باید به سرعت در دسترس رایانه قرار گیرد؛ مانند برنامۀ بایوس که رایانه را به راه می‌اندازد.
    ۴ام ئی‌ئی‌پی‌رام با پنجرۀ شفاف برای پاک کردن تراشه
    • رام برنامه‌ریزی‌شدۀ مسک؛ در این نوع حافظه، تراشه در حین ساخته شدن برنامه‌ریزی می‌شود.
    • پی‌رام (حافظه فقط خواندنی برنامه‌خور)؛ در این نوع حافظه، تراشه قبل از قرار گرفتن در مدار برنامه‌ریزی می‌شود اما فقط یکبار قابلیت برنامه‌خوری دارد.
    • ئی‌پی‌رام (حافظه فقط خواندنی برنامه‌خور پاک‌شدنی)؛ در این نوع حافظه، می‌توان با جدا کردن تراشه از مدار و قرار دادن آن زیر نور فرابنفش، داده‌های آن را پاک و برای برنامه‌ریزی دوباره آماده کرد. بسته‌بندی‌های تراشه یک "پنجره" شفاف کوچک بر روی خود دارد تا نور فرابنفش را جذب کند.
    • ئی‌ئی‌پی‌رام (حافظه فقط خواندنی پاک‌شدنی الکتریکی)؛ این نوع حافظه، داده‌ها می‌توانند به صورت دیجیتالی زمانی که تراشه هنوز در مدار قرار دارد، نوشته شود اما سرعت نوشتاری آن پایین است. از ئی‌ئی‌پی‌رام برای نگه‌داری سفت‌افزار‌ها استفاده می‌گردد.
  • ان‌وی‌رم (حافظه فلش)؛ این نوع حافظه، از سرعت متوسطی در نوشتن برخوردار است اما آنقدر سریع نیست که بتوان از آن به عنوان حافظۀ اصلی استفاده کرد. از ئی‌ئی‌پی‌رام معمولا به عنوان مدل نیمه‌هادی دیسک سخت استفاده می‌شود تا بتوان داده‌ها را بر آن ذخیره کرد. از این حافظه در دستگاه‌های قابل حملی چون پی‌دی‌ای‌ها ،یواس‌بی فلش‌ها و کارت‌های حافظۀ مورد استفاده در دوربین‌های دیجیتال و (تلفن‌های همراه استفاده می‌گردد.


منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ ۱٫۲ Dawoud, Dawoud Shenouda; R. Peplow (2010). Digital System Design - Use of Microcontroller. River Publishers. pp. 255–258. ISBN 8792329403. 
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ Godse, A.P.; D.A.Godse (2008). Fundamentals of Computing and Programing. India: Technical Publications. p. 1.35. ISBN 8184315090. 
  3. ۳٫۰ ۳٫۱ Arora, Ashok (2006). Foundations of Computer Science. Laxmi Publications. pp. 39–41. ISBN 8170089719. 
  • مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Semiconductor memory»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد.