حافظه تصادفی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از حافظه دسترسی تصادفی)
پرش به: ناوبری، جستجو
فارسیрусский
تصویری از دو حافظهٔ RAM

حافظه تصادفی یا حافظه خواندن/نوشتن (به انگلیسی: Random Access Memory / Read-Write 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. در سیستم های هانی ول . حافظه درام می‌تواند به کم هزینه بسط داده شود ولی بازیابی از آیتم‌های مورد نیاز غیر متوالی از درام به منظور بهینه‌سازی سرعت است. چفت لوله لامپ سه قطبی از خلأ ساخته شده است وبعد از ان از ترانزیستورهای گسسته برای حافظه‌های کوچکتر و سریعتر مثل دسترسی تصادفی ثبت نام بانک‌ها و ثبت 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 شارژ الکتریکی 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 و نمونه 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 آدرس‌ها 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 موازی (PRAM)

در رم‌های ایستا یک بیت داده با استفاده از حالت الاکلنگ ذخیره می‌شوند این گونه رم‌ها برای تولید گرانتر هستند ولی سریعتر هستند و نسبت 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 شارژ بالا یا پایین را نگه می‌دارد و و ترانزیستور 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 از یک RAM کامپیوتر را بخش بندی کرده وامکان عملکردان به صورت درایو سریع تر را فراهم میاورد RAM DISK نامیده می‌شود یک RAM DISK اطلاعات ذخیره شده را هنگام خاموش شدن کامپیوتر از دست می‌دهد، مگر اینکه حافظه دارای یک منبع باتری اماده به‌کار باشد.

SHADOW RAM[ویرایش]

گاهی اوقات، محتویات تراشهٔ ROM کم سرعت به منظور کوتاه تر کردن زمان دستیابی، برای حافظهٔ READ/WRITE کپی می‌شود. تراشه ROM هنگام تغییرمکان اولیه حافظه برروی بلوک مشابه به آدرس ها (اغلب غیرقابل رایت)، غیرفعال می‌شود. این فرایند، که به ان SHADOWING گفته می‌شود، در هردوی کامپیوترها و سیستم‌های جاسازی شده بسیار متداول است.

بعنوان یک نمونه رایج ،BIDS در کامپیوترهای معمولی اغلب دارای یک گزینه به نام "استفاده “SHADOW BIOS یا مشابه ان است. بافعال سازی ان، توابع و کاربردهای متکی به داده‌های مربوط به BIOS ROM به جای ان از موقعیت‌های DRAM استفاده می‌کنند. این امر بسته به نوع سیستم ممکن است منجربه افزایش کارکرد نشده یا باعث ناسازگاری گردد به‌عنوان مثال، ممکن است برخی از سخت افزارها هنگام استفاده از SHADOW RAM، به سیستم عملگر دسترسی نداشته باشد. این مزیت می‌تواند در برخی از سیستم ها فرضی باشد، زیراBIOS پس از راه‌اندازی به وسیله دست یابی مستقیم سخت‌افزار، مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. حافظهٔ خالی نیز باتوجه به اندازه SHADOW RAMها کوچک می‌شود.

پیشرفت‌های اخیر[ویرایش]

چندین نوع جدید از RAM غیرفرار با قابلیت حفظ اطلاعات هنگام خاموش شدن درحال توسعه می‌باشد. تکنولوژیهای به‌کاررفته شامل نانوتیوب‌های کربنی و روش‌های بااستفاده از اثر تومل مغناطیسی می‌باشد. درمیان نسل اول MRAMها، یک تراشه RAM مغناطیسی در تابستان ۲۰۰۳بااستفاده از تکنولوژی ۰٫۱۸میکرومتری ساخته شد.

دیوارهای حافظه[ویرایش]

دیوارهای حافظه، اختلافات وعدم توازن، پهنای باند ارتباطی محدود در حاشیه تراشه است. از سال ۱۹۸۶ تا ۲۰۰۰، سرعت cpu به میزان سالانه ۵۵٪ و سرعت حافظه تنها به میزان ۱۰٪ بهبود یافت. باوجوداین گرایش‌ها،انتظار می رفت که رکورد حافظه به یک تنگنای سراسری در عملکرد کامپیوتر تبدیل شود. پیشرفت‌های سرعت cpuبه طور قابل توجهی کند شود، بخشی به سبب موانع اصل فیزیکی موجود و بخشی به دلیل وجود مشکل دیوارهٔ حافظه در طراحی‌های اخیر cpu از برخی جهات می‌باشد. این دلایل به صورت اسنادی درسال ۲۰۰۵ توسط INTEL تشریح شد.
ابتدا، باکوچک شدن هندسی تراشه و بالارفتن فرکانس‌های کلاک، جریان نشست ترانزیستور افزایش یافته و موجب مصرف توان و گرمای بیشتر می‌شود. ثانیاً میکرومتری پیدایش یافت. دو تکنیک درحال توسعه تکنولوژی"کروکس"ارائه شده وانتقال گشتاور اپسین (STT) که باهمکاری کروکس، هاینیکس ،IBM و چندین کارخانه دیگر توسعه یافته است. درسال ۲۰۰۴، "نانترو" ارایهٔ GiB10 از پیش نمونه حافظهٔ نانوتیوب کربنی را تولید کرد با این وجود، توانایی این تکنولوژی‌ها در به کارگیری احتمال اشتراک فروش تجاری از DRAMتاSRAM یا تکنولوژی فلش مموری همچنان نامشخص مانده است .
ازسال ۲۰۰۶،"درایوهای حالت جامد"(مبتنی بر فلش مموری) با ظرفیت‌های بالغ بر۲۵۶گیگابایت و کارکردهای خیلی بیشتر از دیسک‌های قدیمی، دردسترس قرارگرفت. این توسعه، شروع به محوکردن تعریف بین"دیسک "و مموری بادست یابی تصادفی سنتی، با کاهش تفاوت‌های کارکرد کرد.
برخی از انواع مموری بادست یابی تصادفی نظیر"”ECORAM، به طور خاص برای مزارع، که درانها مصرف کم توان از اهمیت بیشتری نسبت به سرعت برخورداراست، مزایای سرعت بالای کلاک به وسیله رکورد حافظه خنثی شده است، چون زمانهای دست یابی حافظه قادر به حفظ سرعت با افزایش فرکانس‌های کلاک نمی‌باشد. ثالثاً، طرح‌های ترتیبی قدیمی در کاربردهای مشخص، باسریع تر شدن پروسسورها غیرکارآمدتر می‌شوند (به دلیل پدیده‌ای به نام "تنگنای وان نیومن")و درنتیجه موجب پایین تر آمدن ارزش بهرهٔ ناشی از افزایش فرکانس می‌گردد به‌علاوه، بخشی به سبب محدودیت‌های وسایل تولید اندوکتانس در دستگاه‌های حالت جامد، تاخیرات RC(مقاومت –خازن) درارسال سیگنال باکوچک شدن اندازهٔ مشخصه‌ها، درحال رشد بوده که یک تنگنای اضافی رابه ان تحمیل می‌کند. تاخیرات RC در ارسال سیگنال دربرخی کلاک در مقابل IPC نیز ذکر شده‌بود ک"”THE END OF THE ROAD برای طرح ریز قراردادی که پروژه‌ای با ماکسیمم بهبود عملکرد CPU سالانه میانگین ۱۲٫۵٪ بین سالهای ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۴ بوده است. داده‌های پروسسورهای INTEI به وضوح کاهش تدریجی در بهبود کارکرد پروسسورهای اخیر را نشان می‌دهند. بلاین حال، پروسسورهای TNTEL CORE 2 DUO ((CONROE نشان دهندهٔ پیشرفت قابل توجهی در پروسسورهای پنتیوم ۴قبلی بود و این موضوع به سبب طرحی کارآمدتر و افزایش کارکرد ضمن کاهش واقعی نرخ کلاک است.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

Типы компьютерной памяти
Энергозависимая
Энергонезависимая

Запоминающее устройство с произвольным доступом (сокращённо ЗУПД), также Запоминающее устройство с произвольной выборкой (сокращённо ЗУПВ; англ. Random Access Memory, RAM) — один из видов памяти компьютера, позволяющий единовременно получить доступ к любой ячейке (всегда за одно и то же время, вне зависимости от расположения) по её адресу на чтение или запись.

Это отличает данный вид памяти от устройств памяти первых компьютеров (последовательных компьютеров), созданных в конце 1940-х — начале 1950-х годов (EDSAC, EDVAC, UNIVAC), которые для хранения программы использовали разрядно-последовательную память[1] на ртутных линиях задержки, при которой разряды слова для последующей обработки в АЛУ поступали последовательно один за другим.

История

Ранние модели компьютеров, чтобы осуществить функции основной памяти ёмкостью сотни или тысячи бит, использовали реле, память на линиях задержки или различные виды вакуумных трубок.

Триггеры, построенные сперва на вакуумных триодах, а позднее на дискретных транзисторах, использовались для меньших по размеру и более быстрых блоков памяти, таких, как регистры и регистровые хранилища прямого доступа. До разработки интегральных микросхем память прямого доступа (или только для чтения) часто создавалась из матриц полупроводниковых диодов, управляемых дешифраторами адреса.

Ситуация в принципе изменилась с изобретением запоминающих устройств с произвольной выборкой, стала реализуемой разрядно-параллельная память, в которой все разряды слова одновременно считываются из памяти и обрабатываются АЛУ.

Первой коммерческой ЭВМ, использующей новую организацию памяти, стала созданная в 1953 году IBM 701, а первой массово продаваемой (150 экземпляров) — выпущенная в 1955 году IBM 704, в которой были реализованы такие новшества, как память на ферритовых сердечниках и аппаратное средство вычисления чисел с плавающей запятой.

Внешние устройства IBM 704 и большинства компьютеров того времени были очень медленны (например, лентопротяжное работало со скоростью 15 тыс. символов в секунду, что было гораздо меньше скорости обработки данных процессором), а все операции ввода-вывода производились через АЛУ, что требовало принципиального решения проблемы низкой производительности на операциях ввода-вывода.

Одним из первых решений стало введение в состав ЭВМ специализированной ЭВМ, называемой каналом ввода-вывода, которое позволяло АЛУ работать независимо от устройств ввода-вывода. На этом принципе, путём добавления в состав IBM 704 ещё шести каналов ввода-вывода, построена IBM 709 (1958 год).

Первый широко распространённый тип перезаписываемой памяти прямого доступа был запоминающим устройством на магнитных сердечниках, разработанным в 19491952 годах, и впоследствии использовался в большинстве компьютеров вплоть до разработки статических и динамических интегрированных каналов оперативной памяти в конце 1960-х — начале 1970-х.

Для построения ЗУПВ современных персональных компьютеров широко применяются полупроводниковые запоминающие устройства, в частности, широко применяются СБИС запоминающих устройств оперативной памяти, по принципу организации подразделяемые на статические и динамические. В ОЗУ статического типа запоминающий элемент представляет собой триггер, изготовленный по той или иной технологии (ТТЛ, ЭСЛ, КМОП и др.), что позволяет считывать информацию без её потери. В динамических ОЗУ элементом памяти является ёмкость (например, входная ёмкость полевого транзистора), что требует восстановления записанной информации в процессе её хранения и использования. Это усложняет применение ОЗУ динамического типа, но позволяет реализовать больший объём памяти. В современных динамических ОЗУ имеются встроенные системы синхронизации и регенерации, поэтому по внешним сигналам управления они не отличаются от статических.

Виды ЗУПВ

На полупроводниках

Эволюционное развитие конструкции модулей памяти, используемых в качестве ОЗУ компьютеров. Сверху вниз: DIP, SIPP, SIMM 30 pin, SIMM 72 pin, DIMM, DDR DIMM

В настоящее время[когда?] выпускается в виде модулей памяти — небольшой печатной платы, на которой размещены микросхемы запоминающего устройства.

На ферромагнетиках

Ферромагнитная — представляет собой матрицу из проводников, на пересечении которых находятся кольца или биаксы, изготовленные из ферромагнитных материалов. Достоинства — устойчивость к радиации, сохранение информации при выключении питания; недостатки — малая ёмкость, большой вес, стирание информации при каждом чтении. В настоящее время в таком, собранном из дискретных компонентов виде, не применяется. Однако к 2003 году появилась магнитная память MRAM в интегральном исполнении. Сочетая скорость SRAM и возможность хранения информации при отключённом питании, MRAM является перспективной заменой используемым ныне типам ROM и RAM. Однако она на 2006 год была приблизительно вдвое дороже микросхем SRAM (при той же ёмкости и габаритах).

Примечания

  1. Как повышают производительность компьютеров // Воеводин В. В., Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. — СПб : БХВ-Петербург, 2002. — Гл. 2. — 608 с. — ISBN 5-94157-160-7.