حافظه دسترسی تصادفی

تصویری از دو حافظهٔ RAM

حافظه دسترسی تصادفی

حافظه دسترسی تصادفی(رم) نوعی حافظه اطلاعات کامپیوتری است. یک رم به داده های ذخیره شده اجازه میدهد تا مستقیماً در هر مرحله تصادفی در دسترس باشند در مقابل دیگر رسانه های ذخیره داده مثل هارد دیسک ها, سی دی ها, دی وی دی ها و نوار های مغناطیسی و نیز انواع حافظه های ابتدایی مثل حافظه درام اطلاعات را به خاطر محدودیت طراحی مکانیکی به طور متوالی در مراحل ازپیش تعیین شده می خواند و ثبت میکند بنابراین زمان دسترسی به داده ها به مکان ان بستگی دارد.
امروزه رم شکل کامل مدار گرفته است انواع جدید DRAM ها حافظه دسترسی تصادفی نیستند به طوری که داده ها پشت سر هم خوانده میشوند هر چند اسم شبیه هم دارند.
اگرچه خیلی از انواع SRAM,ROM,OTP,NOR FLASHحتی در دریافت های سخت هنوز حافظه دسترسی تصادفی هستند . رم به طور معمول به انواع حافظه های فرار مثل DRAMها وابسته است که در این حافظه ها اطلاعات ذخیره میشود و با خاموش شدن,اطلاعات از بین میرود.
انواع دیگر حافظه های غیر فرار مثل اکثر رام ها(ROM) ویک نوع فلش مموری به نام NOR FLASH به خوبی رم هستند.

تاریخچه

کامپیوتر های 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 ایتم های مورد نیاز غیر متوالی از درام به منظور بهینه سازی سرعت است. چفت لوله لامپ سه قطبی ازخلا ساخته شده است وبعد از ان از ترانزیستورهای گسسته برای حافظه های کوچکتر و سریعتر مثل دسترسی تصادفی ثبت نام بانک ها 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 حافظه هایی ارائه شده است.
اولین رم که به طور عملی مورد استفاده قرار گرفت Williams tubeبود که در سال 1947ساخته و بهره برداری شد. داده ها 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 سال1947 اختراع شد و تا دهه 1970توسعه یافت ونمونه گسترده حافظه دسترسی تصادفی شد وابسته به مجموعه حلقه های مغناطیسی است با تغییر نیروی مغناطیسی هر حلقه میتوانند در هر حلقه یک بیت داده ذخیره شود هر حلقه مجموعه ای از سیم ادرس ها را دارد که میتوان ان ها را انتخاب کرد خواند یا ثبت کرد و دسترسی به هر قسمت حافظه امکان پذیر است. حافظه هسته مغناطیسی تا زمانی که با حافظه حالت جامد در مدارات مجتمع(در اوایل دهه 1970)جایگزین شد استاندارد بود. Robert H.Dennardحافظه دسترسی تصادفی پویا(DRAM)را در سال 1968 اختراع کرد که یک ترانزیستور را جایگزین مجموعه 4یا6 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

3نوع اصلی رم

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

در رم های ایستا یک بیت داده با استفاده از حالت الاکلنگ ذخیره میشوند این گونه رم ها برای تولید گرانتر هستند ولی سریعتر هستند ونسبت به رم های پویا نیاز به قدرت کمتری دارند ودر کامپیوتر های جدید معمولاً به عنوان حافظه Cache برای CPU استفاده میشود.
رم های 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 رم های ایستا ارزانتر است اغلب از این نوع در کامپیوترهای مدرن استفاده میشود.
رم های پویا و ایستا هردو حافظه فرار هستند به طوری که با خاموش شدن سیستم حافظه پاک میشود. نوع قابل درج رام ها 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 رام های پایدار نیمه هادی عبارتند از درایو یو اس بی فلش,کارت حافظه, حافظه ECC برای دوربین ها و دستگاه های قابل حمل که میتواند پویا یا ایستا باشد شامل مدارهای خاصی برای تشخیص یا درست کردن اشتباهات تصادفی در داده های ذخیره شده با استفاده از بیت توازن یا کد تصحیح خطا است. در کل اصطلاح رم اشاره دارد به دستگاه های حافظه حالت جامد (چه DRAM یا SRAM) وبه طور خاص به حافظه اصلی بیشتر کامپیوتر ها گویند.
در ذخیره سازی 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

در رم میتوان داده ها را خواند و بازنویسی کرد بسیاری از سیستم های 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 حافظه ها را میتوان به عنوان رم توسط بسیاری از توسعه دهندگان در نظر گرفت هرچند که سیستم های 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 می سازد البته نه به حدی که چرخش رسانه های ذخیره سازی 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

رم علاوه بر ذخیره سازی اطلاعات و مخیط کار برای سیستم عامل کاربردهای مختلفی دارد.

حافظه مجازی

بیشتر سیستم عامل های 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 2 گیگ حافظه رم و 1 گیگ حافظه فایل صفحه بندی داشته باشد کل حافظه در دسترس سیستم عامل 3گیگ است). وقتی حافظه سیستم کم میشود بخشی از رم به فایل صفحه بندی برای ایجاد فضایی برای داده های 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

گاهی اوقات ،محتویات تراشه ی ROMکم سرعت به منظورکوتاه ترکردن زمان دستیابی ،برای حافظه ی 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 کامپیوترهاوسیستم های 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 داده های مربوط به BIOS ROMبه جای ان ازموقعیت های 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 راه اندازی به وسیله دست یابی مستقیم سخت افزار،مورد استفاده قرارنمیگیرد.حافظه ی خالی نیز باتوجه به اندازه SHADOW RAMهاکوچک میشود.

پیشرفت های اخیر

چندین نوع جدیداز RAMغیرفرارباقابلیت حفظ اطلاعات هنگام خاموش شدن درحال توسعه میباشد.تکنولوژیهای بکاررفته شامل نانوتیوب های کربنی وروش های بااستفاده ازاثرتومل مغناطیسی میباشد.درمیان نسل اول MRAMها،یک تراشه RAM مغناطیسی درتابستان 2003بااستفاده ازتکنولوژی 0.18میکرومتری ساخته شد.

دیوارهای حافظه

دیوارهای حافطه ،اختلافات وعدم توازن ،پهنای باندارتباطی محدوددرحاشیه تراشه است.ازسال 1986تا2000،سرعتcpuبه میزان سالانه 55%وسرعت حافظه تنهابه میزان 10%بهبودیافت.باوجوداین گرایش ها،انتظارمی رفت که رکودحافظه به یک تنگنای سراسری درعملکردکامپیوترتبدیل شود. پیشرفت های سرعت cpuبه طورقابل توجهی کندشود،بخشی به سبب موانع اصل فیزیکی موجودوبخشی به دلیل وجودمشکل دیواره ی حافظه درطراحی های اخیرcpuازبرخی جهات میباشد.این دلایل به صورت اسنادی درسال 2005توسط INTELتشریح شد.
ابتدا،باکوچک شدن هندسی تراشه وبالارفتن فرکانس های 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 2004،"نانترو"ارایه ی GiB10ازپیش نمونه حافظه ی نانوتیوب کربنی راتولیدکردبااین وجود،توانایی این تکنولوژیهادربه کارگیری احتمال اشتراک فروش تجاری ازDRAMتاSRAMیاتکنولوژی فلش مموری همچنان نامشخص مانده است .
ازسال 2006،"درایوهای حالت جامد"(مبتنی برفلش مموری )باظرفیت های بالغ بر256گیگابایت وکارکردهای خیلی بیشترازدیسک های قدیمی ،دردسترس قرارگرفت.این توسعه ،شروع به محوکردن تعریف بین"دیسک "ومموری بادست یابی تصادفی سنتی ،باکاهش تفاوت های 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 فرکانس های کلاک نمی‌باشد.ثالثاً،طرح های ترتیبی قدیمی درکاربرد های مشخص،باسریع ترشدن پروسسورهاغیرکارامدترمیشوند(به دلیل پدیده ای به نام "تنگنای وان نیومن")ودرنتیجه موجب پایین ترامدن ارزش بهره ی ناشی ازافزایش فرکانس میگرددبعلاوه ،بخشی به سبب محدودیت های وسایل تولیداندوکتانس دردستگاه های حالت جامد،تاخیرات RC(مقاومت –خازن)درارسال سیگنال باکوچک شدن اندازه ی مشخصه ها،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 پروژه ای باماکزیمم بهبودعملکردCPUسالانه میانگین 12.5%بین سالهای 2000تا2014بوده است .داده های پروسورهای INTEIبه وضوح کاهش تدریجی دربهبودکارکردپروسسورهای اخیررانشان میدهند.بلاین حال،پروسسورهای TNTEL CORE 2 DUO ((CONROEنشان دهنده ی پیشرفت قابل توجهی درپروسسورهای پنتیوم 4قبلی بودواین موضوع به سبب طرحی کارامدتروافزایش کارکردضمن کاهش واقعی نرخ کلاک است.

== جستارهای وابسته ==

• پردازنده
• دیسک سخت
• DDR SDRAM

منابع

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