دانلود پاورپوینت حافظه و انواع آن در کامپیوتر

حافظه یا ویر یا ابزار ذخیره‌سازی رایانه، ابزاری است که می‌توان دانسته ها رادرآن انباشته و باز یابی نمود. در مفهوم گسترده تر این واژه به ابزارهای انبارش بیرونی چون دیسک‌گردان و یا نوارگردان گفته می‌شود. ابزار ذخیره سازی نیمه هادی یکراست به پردازنده وصل می‌شود. حافظه پنهان یا Cache ویر سریعی است که برای افزایش سرعت پیوند سیستم با دستگاه‌های کندتر بهره گرفته می شود و بکارگیری آن مایه آن می‌شود که سرعت و توانایی های دستگاه سریع هرز نرود. مهمترین ویر(حافظه) پنهان در پردازنده‌های مرکزی (سی‌پی‌یوها) وجود دارد که به سه گونه نخستینه و دومبنه و سومینه (L1 و L2 و L3) بخش می‌شود و امروزه ویر پنهان که در پردازشگرهای مرکزی ساختن آن هزینه بیشتری دارد تا 16 مگا بایت هم می‌رسد.

انواع ویر

ویر با هدف انباشتن دانسته ها ( مانا ، گذرا ) در رایانه به کار برده می شود و دارای انواع گوناگونی است. ویرها را می‌توان بر پایه نمایه های گوناگونی بخش بندی کرد. ویر گریزان Volatile و ویر ناگریزان Nonvolatile نمونه‌ای از این بخش بندی‌ها است. ویرهای گریزان بلافاصله پس از خاموش شدن سیستم دانسته ها خود را از دست می‌دهند و همواره برای نگهداری دانسته ها خود به منبع تامین انرژی نیاز خواهند داشت . بیشتر ویرهای رَم در این گروه جای می‌گیرند. ویرهای ناگریزان داده‌های خود را همچنان پس از خاموش شدن سیستم نگه خواهند داشت. ویر «رام» ROM نمونه‌ای از این نوع ویرها است. نام انواع حافظه‌ها در زیر آمده‌است:

حافظه دسترسی تصادفی (رَم) RAM

حافظه فقط خواندنی (رام) ROM

حافظه پنهان Cache

حافظه دسترسی تصادفی پویا Dynamic RAM

حافظه دسترسی تصادفی ایستا Static RAM

ویر فِلَش Flash Memory

حافظه مجازی Virtual Memory

حافظه ویدیویی Video Memory

بایوس (واسط سخت‌افزار و نرم‌افزار) BIOS

استفاده از ویر صرفاً محدود به رایانه‌های شخصی نبوده و در دستگاه‌های متفاوتی نظیر: تلفن همراه، رایانه جیبی، رادیوهای اتومبیل، دستگاه پخش نوار ویدیویی، تلویزیون و … نیز در ابعاد وسیعی استفاده می‌گردد. هر یک از دستگاه‌های فوق مدل‌های خاصی از ویر را استفاده می‌نمایند.

نیاز به سرعت دلیلی بر وجود حافظه‌های متنوع

چرا ویر در کامپیوتر تا بدین میزان متنوع و متفاوت است ؟ در پاسخ می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

پردازنده‌های با سرعت بالا نیازمند دستیابی سریع و آسان به حجم بالائی از داده‌ها به منظور افزایش بهره وری و کارآئی خود می‌باشند.. در صورتیکه پردازنده قادر به تامین و دستیابی به داده‌های مورد نیاز در زمان مورد نظر نباشد، می‌بایست عملیات خود را متوقف و در انتظار تامین داده‌های مورد نیاز باشد. پردازند ه‌های جدید وبا سرعت یک گیگا هرتز به حجم بالائی از داده‌ها ( میلیارد بایت در هر ثانیه ) نیاز خواهند داشت . پردازنده هائی با سرعت اشاره شده گران قیمت بوده و قطعاً اتلاف زمان مفید آنان مطلوب و قابل قبول نخواهد بود. طراحان کامپیوتر به منظور حل مشکل فوق ایده « لایه بندی ویر » را مطرح نموده‌اند. در این راستا از حافظه‌های گران قیمت با میزان اندک استفاده و از حافظه‌های ارزان تر در حجم بیشتری استفاده بعمل می‌آید. ارزانترین ویر متدواول، هارد دیسک است. هارد دیسک یک رسانه ذخیره سازی ارزان قیمت با توان ذخیره سازی حجم بالائی از دانسته ها است. با توجه به ارزان بودن فضای ذخیره سازی دانسته ها بر روی هارد، دانسته ها مورد نظر بر روی آنها ذخیره و با استفاده از روش‌های متفاوتی نظیر: ویر مجازی می‌توان بسادگی و بسرعت بدون نگرانی از فضای فیزیکی ویر رم، از آنها استفاده نمود.

ویر رم سطح دستیابی بعدی در ساختار نردبانی ویراست . اندازه بیت یک پردازنده نشاندهنده شمار بایت هائی از ویراست که در یک دم می‌توان به آنها دستیابی داشت. برای نمونه یک پردازنده شانزده بیتی، توانا به پردازش دو بایت در هر دم‌است. مگاهرتز واحد سنجش سرعت پردازش در پردازنده‌ها است و هم ارز «میلیون در هر ثانیه» است . برای نمونه یک رایانه ۳۲ بیتی پنتیوم ۳ با سرعت ۸۰۰ مگاهرتز، توانا به پردازش چهار بایت بگونه همزمان و ۸۰۰ میلیون بار در ثانیه‌است. ویر رم بتنهائی دارای سرعت مناسب برای همسنگ شدن با سرعت پردازنده نیست از این رو است که از ویر پنهان بهره گرفته می‌شود. روشن است هر اندازه که سرعت ویر رم بالا باشد دلخواه تر خواهد بود.بیشتر تراشه‌های امروزه دارای سرعتی بین ۵۰ تا ۷۰ نانوثانیه می‌باشند. سرعت خواندن و یا نوشتن در ویر پیوند مستقیم با نوع ویر بهره گرفته شده دارد. در این راستا می توان از ویرهای DRAM ,SDRAM ,RAMBUS سود جست.

سرعت رم توسط پهنا و سرعت باس، کنترل می‌گردد. پهنای باس، تعداد بایتی که می‌تواند بطور همزمان برای پردازنده ارسال گردد را مشخص و سرعت باس به تعداد دفعاتی که می‌توان یک گروه از بیت‌ها را در هر ثانیه ارسال کرد اطلاق می‌گردد. سیکل منظم حرکت داده‌ها از ویر بسمت پردازنده را چرخه می‌گویند مثلاً یک گذرگاه با وضعیت : ۱۰۰ مگاهرتز و ۳۲ بیت، بصورت تئوری قادر به ارسال چهار بایت به پردازنده و یکصد میلیون مرتبه در هر ثانیه‌است. در حالیکه یک گذرگاه شانرده بیتی ۶۶ مگاهرتز بصورت تئوری قادر به ارسال دو بایت و ۶۶ میلیون مرتبه در هر ثانیه‌است. با توجه به مثال فوق مشاهده می‌گردد که با تغییر پهنای گذرگاه از شانزده به سی و دو و سرعت از ۶۶ مگاهرتز به ۱۰۰ مگاهرتز سرعت ارسال داده برای پردازنده سه برابر گردید.

ثبّات (رجیستر) و حافظهٔ پنهان

با توجه به سرعت بسیار بالای پردازنده حتی در صورت استفاده از «گذرگاه» Bus عریض وسریع همچنان مدت زمانی طول خواهد کشید تا داده‌ها از ویر رَم برای پردازنده ارسال گردند. ویر پنهان یا «کَش» Cache با این هدف طراحی شده‌است که داده‌های مورد نیاز پردازنده را که احتمال استفاده از آنان بیشتر است، در دسترس تر قرار دهد . عملیات فوق از طریق بکارگیری مقدار اندکی از ویر پنهان که اولیه Primary و یا «سطح ۱» Level ۱ نامیده می‌شود صورت می‌پذیرد. ظرفیت حافظه‌های فوق بسیار اندک بوده و از دو کیلو بایت تا ۵۱۲ کیلو بایت را، شامل می‌گردد. نوع دوم ویر پنهان که ثانویه Secodray و یا «سطح ۲» level ۲ نامیده می‌شود بر روی یک کارت ویر و در مجاورت پردازنده قرار می‌گیرد. این نوع ویر پنهان دارای یک ارتباط مستقیم با پردازنده‌است. یک مدار کنترل کننده اختصاصی بر روی برد اصلی که « کنترل کننده L۲ » نامیده می‌شود مسئولیت عملیات مربوطه را برعهده خواهد گرفت . با توجه به نوع پردازنده، اندازه ویر فوق متغیر بوده و دارای دامنه‌ای بین ۲۵۶Kb تا چند مگابایت است. برخی از پردازنده‌های با کارائی بالا اخیراً این نوع ویر پنهان را بعنوان جزئی جداناپذیر در کنار خود دارند. ( بخشی از تراشه پردازنده ) در این نوع پردازنده‌ها با توجه به اینکه Cache بخشی از پردازنده محسوب می‌گردد، اندازه آن متغیر بوده و بعنوان یکی از مهمترین شاخص‌ها در کارائی پردازنده مطرح است.

نوع دیگری از رَم با نام ویر دسترسی تصادفی ایستا (SRAM) نیز وجود داشته که در آغاز برای ویر پنهان استفاده می‌گردید. این نوع حافظه‌ها از چندین ترانزیستور ( معمولاً چهار تا شش ) برای هر یک از سلول‌های ویر خود استفاده می‌نمایند. حافظه‌های فوق دارای مجموعه‌ای از فلیپ فلاپ‌ها با دو وضعیت خواهند بود. بنابراین حافظه‌های فوق قادر به بازخوانی اطلاعات بصورت پیوسته نظیر حافظه‌های ویر دسترسی تصادفی پویا (DRAM) نخواهند بود. هر یک از سلول‌های ویر مادامیکه منبع تامین انرژی آنها فعال (On) باشد داده‌های خود را ذخیره نگاه خواهند داشت. در این حالت ضرورتی به بازخوانی دانسته ها بصورت پریودیک نخواهد بود پ. سرعت حافظه‌های فوق بسیار بالا است پ، ولی بدلیل قیمت بالا، در حال حاضر بعنوان جایگزینی استاندارد برای حافظه‌های رَم مطرح نمی‌باشند.

حافظه و انواع آن در کامپیوتر حافظه با هدف ذخیره سازی اطلاعات ( دائم ، موقت ) در کامپیوتر استفاده می گردد. انواع متفاوتی از حافظه درکامپیوتر استفاده می شود: · RAM · ROM · Cache · Dynamic RAM · Static RAM · Flash Memory · Virtual Memory · Video Memory · BIOS استفاده از حافظه صرفا” محدود به کامپیوترهای شخصی نبوده و در دستگاههای متفاوتی نظیر : تلفن های سلولی، PDA ، رادیوهای اتومبیل ، VCR ، تلویزیون و … نیز در ابعاد وسیعی از آنها استفاده می شود.

هر یک از دستگاه های فوق مدل های متفاوتی از حافظه را استفاده می کنند. مبانی اولیه حافظه با اینکه می توان واژه ” حافظه ” را بر هر نوع وسیله ذخیره سازی الکترونیکی اطلاق کرد، ولی اغلب ازاین واژه برای مشخص نمودن حافظه های سریع با قابلیت ذخیره سازی موقت استفاده می شود. در صورتیکه پردازنده مجبور باشد برای بازیابی اطلاعات مورد نیاز خود بصورت دائم از هارد دیسک استفاده کند، قطعا” سرعت عملیات پردازنده ( با آن سرعت بالا) کند خواهد گردید. زمانیکه اطلاعات مورد نیاز پردازنده در حافظه ذخیره گردند، سرعت عملیات پردازنده از بعد دستیابی به داده های مورد نیاز بیشتر خواهد گردید. از حافظه های متعددی به منظور نگهداری موقت اطلاعات استفاده می گردد. همانگونه که در شکل فوق مشاهده می گردد ، مجموعه متنوعی ازانواع حافظه ها وجود دارد . پردازنده با توجه به ساختار سلسله مراتبی فوق به آنها دستیابی پیدا خواهد کرد. زمانیکه در سطح حافظه های دائمی نظیر هارد یا حافظه دستگاه هائی نظیر صفحه کلید، اطلاعاتی موجود باشد که پردازنده قصد استفاده از آنها را داشته باشد ، اطلاعات فوق از طریق حافظه RAM در اختیار پردازنده قرار می گیرند. در ادامه پردازنده، اطلاعات و داده های مورد نیاز خود را در حافظه Cache و دستورالعمل های خاص عملیاتی خود را در رجیسترها ذخیره می نماید. تمام عناصر سخت افزاری ( پردازنده، هارد دیسک ، حافظه و …) و عناصر نرم افزاری ( سیستم عامل و…) بصورت یک گروه عملیاتی به کمک یکدیگر وظایف محوله را انجام می دهند . بدون شک در این گروه ” حافظه ” دارای جایگاهی خاص است . از زمانیکه کامپیوتر روشن تا زمانیکه خاموش می گردد ، پردازنده بصورت پیوسته و دائم از حافظه استفاده می نماید. بلافاصله پس از روشن نمودن کامپیوتر اطلاعات اولیه ( برنامه POST) از حافظه ROM فعال شده و در ادامه وضعیت حافظه از نظر سالم بودن بررسی می گردد ( عملیات سریع خواندن ، نوشتن ) .در مرحله بعد کامپیوتر BIOS را از طریق ROM فعال خواهد کرد. BIOS اطلاعات اولیه و ضروری در رابطه با دستگاه های ذخیره سازی، وضعیت درایوی که می بایست فرآیند بوت از آنجا آغاز گردد، امنیت و … را مشخص می کند. در مرحله بعد سیستم عامل از هارد به درون حافظه RAM استقرار خواهد یافت . بخش های مهم و حیاتی سیستم عامل تا زمانیکه سیستم روشن است در حافظه ماندگار خواهند بود. در ادامه و زمانیکه یک برنامه توسط کاربر فعال می گردد، برنامه فوق در حافظه RAM مستقر خواهد شد. پس از استقرار یک برنامه در حافظه و آغاز سرویس دهی توسط برنامه مورد نظر در صورت ضرورت فایل های مورد نیاز برنامه فوق، در حافظه مستقر خواهند شد و در نهایت زمانی که به حیات یک برنامه خاتمه داده می شود (Close) یا یک فایل ذخیره می گردد ، اطلاعات بر روی یک رسانه ذخیره سازی دائم ذخیره و در نهایت حافظه از وجود برنامه و فایل های مرتبط ، پاکسازی ! می گردد. همانگونه که اشاره گردید در هر زمان که اطلاعاتی ، مورد نیاز پردازنده باشد، اطلاعات درخواستی در حافظه RAM مستقر شده تا زمینه استفاده از آنان توسط پردازنده فراهم گردد. چرخه درخواست اطلاعات موجود درRAM توسط پردازنده ، پردازش اطلاعات توسط پردازنده و نوشتن اطلاعات جدید در حافظه یک سیکل کاملا” پیوسته بوده و در اکثر کامپیوترها سیکل فوق ممکن است در هر ثانیه میلیون ها مرتبه تکرار گردد. نیاز به سرعت دلیلی بر وجود حافظه های متنوع چرا حافظه در کامپیوتر تا بدین میزان متنوع و متفاوت است ؟ در پاسخ می توان به موارد ذیل اشاره نمود: پردازنده های با سرعت بالا نیازمند دستیابی سریع و آسان به حجم بالائی از داده ها به منظور افزایش بهره وری و کارآئی خود می باشند. در صورتیکه پردازنده قادر به تامین و دستیابی به داده های مورد نیاز در زمان مورد نظر نباشد، می بایست عملیات خود را متوقف و در انتظار تامین داده های مورد نیاز باشد. پردازنده های جدید و با سرعت یک گیگا هرتز به حجم بالائی از داده ها ( میلیارد بایت در هر ثانیه ) نیاز خواهند داشت . پردازنده هائی با سرعت اشاره شده گران قیمت بوده و قطعا” اتلاف زمان مفید آنان مطلوب و قابل قبول نخواهد بود. طراحان کامپیوتر به منظور حل مشکل فوق ایده ” لایه بندی حافظه” را مطرح نموده اند. در این راستا از حافظه های گران قیمت با میزان اندک استفاده و از حافظه های ارزان تر در حجم بیشتری استفاده به عمل می آید. ارزانترین حافظه متداول ، هارد دیسک است . هارد دیسک یک رسانه ذخیره سازی ارزان قیمت با توان ذخیره سازی حجم بالائی از اطلاعات است . با توجه به ارزان بودن فضای ذخیره سازی اطلاعات بر روی هارد، اطلاعات مورد نظر بر روی آنها ذخیره و با استفاده از روش های متفاوتی نظیر : حافظه مجازی می توان به سادگی و به سرعت و بدون نگرانی از فضای فیزیکی حافظه RAM ، از آنها استفاده نمود. حافظه RAM سطح دستیابی بعدی در ساختار سلسله مراتبی حافظه است . اندازه بیت یک پردازنده نشان دهنده تعداد بایت هائی از حافظه است که در یک لحظه می توان به آنها دستیابی داشت. مثلا” یک پردازنده شانزده بیتی ، قادر به پردازش دو بایت در هر لحظه است . مگاهرتز واحد سنجش سرعت پردازش در پردازنده ها است و معادل “میلیون در هر ثانیه” است . مثلا” یک کامپیوتر 32 بیتی پنتیوم iii با سرعت 800-MHz ، قادر به پردازش چهار بایت بصورت همزمان و 800 میلیون بار در ثانیه است . حافظه RAM به تنهائی دارای سرعت مناسب برای همسنگ شدن با سرعت پردازنده نیست . به همین دلیل است که از حافظه های Cache استفاده می گردد. بدیهی است هر اندازه که سرعت حافظه RAM بالا باشد مطلوب تر خواهد بود.اغلب تراشه های مربوطه امروزه دارای سرعتی بین 50 تا 70 Nanoseconds می باشند. سرعت خواندن یا نوشتن در حافظه ارتباط مستقیم با نوع حافظه استفاده شده دارد .در این راستا ممکن است از حافظه های DRAM,SDRAM,RAMBUS استفاده گردد. سرعت RAM توسط پهنا و سرعت Bus کنترل می گردد. پهنای Bus ، تعداد بایتی که می تواند بطور همزمان برای پردازنده ارسال گردد را مشخص و سرعت BUS به تعداد دفعاتی که می توان یک گروه از بیت ها را در هر ثانیه ارسال کرد اطلاق می گردد. سیکل منظم حرکت داده ها از حافظه به سمت پردازنده را Bus Cycle می گویند. مثلا” یک Bus با وضعیت : 100MHz و 32 بیت، بصورت تئوری قادر به ارسال چهار بایت به پردازنده و یکصد میلیون مرتبه در هر ثانیه است . در حالیکه یک BUS شانرده بیتی 66MHZ بصورت تئوری قادر به ارسال دو بایت و 66 میلیون مرتبه در هر ثانیه است . با توجه به مثال فوق مشاهده می گردد که با تغییر پهنای BUS از شانزده به سی و دو و سرعت از 66MHz به 100MHz سرعت ارسال داده برای پردازنده سه برابر گردید. رجیستر و Cache با توجه به سرعت بسیار بالای پردازنده حتی در صورت استفاده از Bus عریض وسریع همچنان مدت زمانی طول خواهد کشید تا داده ها از حافظه RAM برای پردازنده ارسال گردند. Cache با این هدف طراحی شده است که داده های مورد نیاز پردازنده را که احتمال استفاده از آنان بیشتر است ، در دسترس بیشتری قرار دهد . عملیات فوق از طریق بکارگیری مقدار اندکی از حافظه Cache که Primary یا Level 1 نامیده می شود صورت می پذیرد. ظرفیت حافظه های فوق بسیار اندک بوده و از دو کیلو بایت تا شصت و چهار کیلو بایت را شامل می گردد. نوع دوم Cache که Secodray یا level 2 نامیده می شود بر روی یک کارت حافظه و در مجاورت پردازنده قرار می گیرد. این نوع Cache دارای یک ارتباط مستقیم با پردازنده است. یک مدار کنترل کننده اختصاصی بر روی برد اصلی که ” کنترل کننده L2 ” نامیده می شود مسئولیت عملیات مربوطه را برعهده خواهد گرفت . با توجه به نوع پردازنده ، اندازه حافظه فوق متغیر بوده و دارای دامنه ای بین 256Kb تا 2MB است. برخی از پردازنده های با کارائی بالا اخیرا” این نوع Cache را به عنوان جزئی جداناپذیر در کنار خود دارند. ( بخشی از تراشه پردازنده ) در این نوع پردازنده ها با توجه به اینکه Cache بخشی از پردازنده محسوب می گردد، اندازه آن متغیر بوده و به عنوان یکی از مهمترین شاخص ها در کارائی پردازنده مطرح است. نوع دیگری از RAM با نام SRAM ( حافظ های با دستیابی تصادفی ایستا ) نیز وجود داشته که در آغاز برای Cache استفاده می گردید. این نوع حافظه ها از چندین ترانزیستور ( معمولا” چهار تا شش ) برای هر یک از سلول های حافظه خود استفاده می نمایند. حافظه های فوق دارای مجموعه ای از فلیپ فلاپ ها با دو وضعیت خواهند بود. بنابراین حافظه های فوق قادر به بازخوانی اطلاعات بصورت پیوسته نظیر حافظه های DRAM نخواهند بود. هر یک از سلول های حافظه مادامیکه منبع تامین انرژی آنها فعال (On) باشد داده های خود را ذخیره نگاه خواهند داشت . در این حالت ضرورتی به بازخوانی اطلاعات بصورت پریودیک نخواهد بود . سرعت حافظه های فوق بسیار بالا است ، ولی به دلیل قیمت بالا ، در حال حاضر بعنوان جایگزینی استاندارد برای حافظه های RAM مطرح نمی باشند. انواع حافظه حافظه ها را می توان بر اساس شاخص های متفاوتی تقسیم بندی کرد . Volatile و Nonvolatile نمونه ای از این تقسیم بندی ها است . حافظه های volatile بلافاصله پس از خاموش شدن سیستم اطلاعات خود را از دست می دهند. و همواره برای نگهداری اطلاعات خود به منبع تامین انرژی نیاز خواهند داشت . اغلب حافظه های RAM در این گروه قرار می گیرند. حافظه های Nonvolatile داده های خود را همچنان پس از خاموش شدن سیستم حفظ خواهند کرد. حافظه ROM نمونه ای از این نوع حافظه ها است

RAM ·

ROM ·

Cache ·

Dynamic RAM ·

Static RAM·

Flash Memory ·

Virtual Memory ·

Video Memory ·

BIOS