RAMچیست و چه وظیفه ای دارد؟

حافظه رم چیست؟

امروز می خواهیم به بررسی یک قطعه ی مهم در کامپیوترها و گوشی های هوشمند بپردازیم.

‌RAM یا Random Access Memory گونه‌ای از حافظه برای ذخیره‌سازی داده‌هاست که اجازه می‌دهد فایل‌ها در مدت زمانی کوتاه نوشته و خوانده شوند؛ بدون اینکه در این خواندن و نوشتن تقدم و تأخر زمانی اهمیتی داشته باشد.‌ حافظه رم به دلیل سرعت بالای آن در خواندن و نوشتن از سایر حافظه‌ها‌، از جمله دیسک سخت است.رم به سیستم شما اجازه می‌دهد ‌با سرعت بالا به داده‌های مورد نیاز دسترسی داشته باشد و در نتیجه رم تأثیر بالایی بر سرعت عملکرد سیستم شما دارد. نکته دیگر آنکه رم یک حافظه موقتی است که پس از هر بار راه‌اندازی دوباره سیستم عامل تمامی داده‌های ذخیره شده ‌روی آن پاک می‌شود.

این امر از رم یک حافظه موقت عالی برای ذخیره‌سازی داده‌ها می‌سازد که برای برنامه‌هایی که نیاز به دسترسی سریع و مداوم به داده‌ها دارند، به کار گرفته می‌شود. برای مثال اگر از یک واژه‌پرداز برای نوشتن یک متن استفاده کنید، در حالی که مشغول ویرایش هستید، اطلاعات و داده‌های آن ‌روی رم ذخیره می‌شود تا در حین ویرایش، بتوانید به شکل زنده همه تغییرات اعمال شده را در آن واحد ببینید.

رم ها در کامپیوتر، اطلاعات را به صورت موقت ذخیره می‌کنند که این کار باعث بهبود کارایی سیستم می‌شود به عبارتی اطلاعات را برای CPU نگهداری می‌کنند البته CPU‌ها نیز دارای RAM هستند. کش پردازنده اطلاعات را به واسطه کش دریافت و ارسال می‌کند و کش، اطلاعات را برای RAM‌ها می‌فرستد. رم ها دارای مدل‌های مختلفی هستند.

اساسا دو گونه متفاوت از رم وجود دارد: استاتیک یا ثابت و دینامیک یا متغیر. رم دینامیک یا DRAM زمان دسترسی ‌حدود ۶۰ نانو ثانیه (یک میلیاردم ثانیه) را مقدور می‌سازد، در حالی که SRAM یا رم استاتیک زمان دسترسی ۱۰ نانو ثانیه دارد. با ‌وجود این، DRAM به دلیل هزینه کمتر آن بیشتر مورد اقبال و استفاده است.

چرا از رم استفاده می‌کنیم؟

دلیل اصلی تفاوت خیلی خیلی زیاد سرعت پردازنده و حافظه جانبی (هارد دیسک یا SSD) است که در خرید کامپیوتر باید به آنها توجه کرد. به دلیل نوع ساختار این دو حافظه (که البته در SSD شرایط خیلی بهتره) سرعت جابجایی اطلاعات در این قطعات فوق العاده پایین‌تر از پردازنده است. بنابراین اگر پردازنده بدون واسطه (بدون ram و cache) از حافظه جانبی استفاده کند، شاهد تاخیر خیلی زیادی خواهیم بود. به عنوان مثال پردازنده ای که با فرکانس ۲ گیگاهرتز مشغول به کار است عملیات خود را در یک کلاک پالس انجام می دهد. یک کلاک پالس در این پردازنده برابر ۰٫۵ نانو ثانیه است (۱/۲,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰) بنابراین این پردازنده عملیات خود را در ۰٫۵ نانو ثانیه انجام می‌دهد و دستور خواندن قطعه بعدی دستورالعمل از حافظه را صادر می‌کند. زمان تاخیر حافظه جانبی ۵ میلی ثانیه است و این یعنی ۱۰,۰۰۰ برابر کندتر از پردازنده. بنابراین پردازنده باید ۱۰,۰۰۰ کلاک پالس منتظر بماند تا دستورالعمل بعدی خوانده شود. اگر قرار باشد دستورات بدون واسطه (بدون وجود حافظه اصلی رم و همچنین حافظه کش) از پردازنده خوانده شود سرعت پردازنده ۱۰,۰۰۰ برابر کمتر خواهد بود. در شکل زیر مقدار ظرفیت و سرعت هر ردیف از سلسله مراتب حافظه‌ها را مشاهده می‌کنید.

انواع RAM

رم ها از نظر تکنولوژی و ساخت به دو دسته تقسیم می شود. به صورت کلی دو نوع RAM وجود دارد، حافظه رم داینامیک (Dynamic RAM) و حافظه رم استاتیک (Static RAM).

حافظه رم استاتیک

این نوع حافظه که عموما به عنوان کش در پردازنده‌ها بکار می‌رود از ۴ یا ۶ عدد ترانزیستور برای نگهداری هر بیت استفاده می‌کند. این خازن‌ها به صورتی کنار هم قرار می‌گیرند که تشکیل یک FLIP-FLOP را می‌دهند و امکان ذخیره اطلاعات را فراهم می‌کنند. این حافظه‌ها سرعت خیلی بالایی دارند ولی هزینه ساخت آن‌ها خیلی بیشتر از حافظه‌های داینامیک است همچنین این حافظه‌ها فضای بیشتری نسبت به حافظه های داینامیک اشغال می‌کنند. هزینه ساخت بالا و اشغال فضای بیشتر نسبت به حافظه داینامیک دو دلیل استفاده نکردن حافظه استاتیک به جای حافظه داینامیک است. اگر قرار بود در خرید کامپیوتر از رم‌های استاتیک به جای داینامیک استفاده کنیم، اکثر هزینه را باید برای رم می‌پرداختیم.

حافظه رم داینامیک

همانطور که پیشتر گفته شد این حافظه‌ها از یک خازن و یک ترانزیستور برای نگهداری داده‌ها استفاده می‌کنند. نسل اول این حافظه ها SDR ها بودند که مخفف Single Data Rate بودند. در این حافظه‌ها در هر کلاک پالس یک بیت انتقال می‌یافت. در سال ۲۰۰۰ تکنولوژی DDR معرفی شد که در هر کلاک پالس می‌توانست دو بیت منتقل کند. در شکل زیر تفاوت این دو تکنولوژی را مشاهده می‌نمایید.

در حال حاضر برای تکنولوژی DDR تا DDR4 معرفی شده‌ است و هر کدام در مقایسه با نسل قبلی بهبود پیدا کرده‌اند. در حالت کلی می‌توان گفت هر نسل DDR در مقایسه با نسل قبلی سرعت بیشتری دارد، برق کمتری مصرف می‌کند و زمان تاخیر را کمتر کرده است. عامل محدود کننده‌ای که بر سر راه کاربر وجود دارد، این است که نمی‌توان از هر نسل از این حافظه‌ها روی کامپیوتر طراحی شده برای نسل قبلی استفاده کرد. زیرا استانداردهای DDR در تعداد پین‌های اتصال و فاصله‌ی بین شکاف وسط ماژول با هم تفاوت دارند. مثلا در مدل DIMM رم DDR3 شاهد ۲۰۴ پین بودیم و حالا تعداد پین‌ها در رم‌ های DDR4 دسکتاپی به ۲۸۸ عدد رسیده‌است. بنابراین برای کامپیوتری که برای استفاده از رم DDR3 طراحی شده، نمی‌توانید رم‌های DDR4 را به خدمت بگیرید. در شکل زیر به خوبی تفاوت مصرف برق، فرکانس کاری را در ۴ نسل این حافظه مشاهده می‌نمایید. در هنگام خرید کامپیوتر با نسل و سرعت رم خود خیلی دقت کنید.

از لحاظ ظاهری

به صورت کلی تفاوت اساسی در ظاهر رم‌های DDR برای PC در محل شکاف بین پین ها است این ویژگی باعث می‌شود هیچ کدام از رم ها در شکاف رم متفاوت قرار نگیرد و همچنین رم در شکاف مرتبط با خود به درستی نصب شود. در شکل زیر تفاوت ظاهری این ۴ نسل را مشاهده می‌نمایید. این نکته را باید بدانید که پردازنده و مادربردی که هنگام خرید کامپیوتر تهیه می‌کنید می بایست حتما با نوع رم شما مطابقت داشته باشد و از آنجا که شکل ظاهری رم‌ها در نگاه اول یکسان است باید در این مورد دقت کافی به خرج دهید.

DDR4-ِِDDR3-DDR2-DDR

مقدار حافظه رم

همانطور که پیشتر گفتیم هر سلول حافظه رم دارای یک ترانزیستور و خازن است  که در رم وظیفه نگهداری یک بیت را دارد. اساس چیدمان این سلول ها بر اساس بایت است (بایت کوچکترین واحد نگهداری داده در کامپیوتر است). با کنار هم قرار گرفتن ۸ سلول می توان یک بایت داده را ذخیره کرد. مجموع این سلول ها مقدار حافظه رم را مشخص می‌کند.

به چه مقدار حافظه رم نیاز داریم؟

این سوال را باید با سوال چه کاری قرار است با کامپیوتر خود انجام دهید؟ پاسخ می دهیم. در واقع در خرید کامپیوتر های امروزی حداقل حافظه رم ۴ گیگابایت می باشد. البته رکوردهایی برای نصب ویندوز ۱۰ در حافظه ۲ گیگابایت ببینید اما کمتر از ۴ گیگابایت اصلا توصیه نمی شود. برای سیستم های اداری و خانگی که در آینده به فکر ارتقا آنها نیستید استفاده از دو ماژول ۲ گیگابایتی پیشنهاد می‌شود. در صورت اضافه کردن تلاش نمایید تمامی مشخصات حافظه ها با یکدیگر یکی باشد. اما برای سیستم هایی که احتمال ارتقا دارند از یک ماژول ۴ گیگابایتی استفاده کنید تا در صورت نیاز برای ارتقا با اضافه کردن یک ماژول دیگر از ویژگی Dual Channel مادربرد استفاده کنید.

در صورتی که علاوه بر مصرف عادی از برنامه های تخصصی در رشته خود استفاده می کنید یا به صورت تفننی بازی می کنید، توصیه می‌کنیم حداقل از ۸ گیگابایت حافظه رم (دو ماژول ۴ گیگابایتی) برای خرید کامپیوتر خود استفاده کنید.

و در نهایت در صورتی که به صورت حرفه‌ای بازی می‌کنید یا از نرم‌افزارهای تدوین فیلم و رندرگیری استفاده می‌کنید، توصیه ما استفاده از ۱۶ گیگابایت رم است.

فرکانس یا سرعت رم چیست؟

سرعت حافظه‌های رم با واحد مگاهرتز بیان می‌شود و از اعداد مشخصی خارج نیست. به عنوان مثال بین ۲۱۳۳ مگاهرتز تا ۲۴۰۰ مگاهرتز، فرکانس دیگری وجود ندارد و رم شما باید یکی از فرکانس‌های معتبر را داشته باشد. دو نوع نمایش برای فرکانس وجود دارد که در واقع معادل هستند و با یک فرمول ساده به یکدیگر تبدیل می‌شوند. به عنوان مثال ممکن است گاهی عبارت DDR3-1600 را ببینید و گاهی هم با PC3-12800 مواجه شوید.

DDR3 RAM- سرعت

درباره حافظه ROM یا Read Only Memory

حافظه ROM مخفف کلمات Read Only Memory یا حافظه فقط خواندنی است و همانطور که از نامش هم پیداست برای نوشتن داده ها طبیعتا از این نوع حافظه استفاده نمی شود. هر کامپیوتر برای اینکه بتواند به درستی فرآیند Startup را انجام دهد و سیستم عامل را Load کند به یک فضا نیاز دارد تا دستورالعمل های مربوط به Startup سیستم را در آن نگهداری کند و حافظه ROM دقیقا همین محل است اطلاعات داخل حافظه ROM غیر قابل تغییر است و اگر بخواهید این اطلاعات را از روش های دیگری تغییر دهید ممکن است فقط با تغییر یک بیت جابجایی اطلاعات نادرست مجلور به تعویض ROM گردید چون این کار بسیار حساس و مهم می باشد و به همین خاطر ساختن ROM دشوار و پر خطا است این حافظه برق کمی مصرف میکند و از جنس نیمه هادی به شکل یک IC می باشد ، یک کامپیوتر برای راه اندازی سیستم یا روشن کردن سیستم نیاز به یک سری دستورالعمل دارد که دائماً تکرار میشود پس به خاطر تکرار دائم این دستورات پس از هر بار راه اندازی نیاز به مکانی است که این داده ها نگه داری شوند و قطعاً حافظه RAM یا هارد محل مناسبی برای اینکار نیست به همین خاطر از IC استفاده می شود که میتوان داده ها را یک بار در آن نوشت و این داده ها بدون وجود جریان الکتریکی به صورت دائم باشد.

حافظه PROM یا Programmable Read Only Memory

PROM یا Programmable Read-Only Memory نوعی ROM است که قابل اطلاعات دهی توسط کاربران است. این کار با استفاده از وسیله یا دستگاه مخصوص که ROM Programer یا سوزاننده ( Burner ) انجام می‌شود. ضمناً پس از مقدار دهی به بیت‌های PROM دیگر نمی‌توان آن را تغییر داد. ساختار PROM مانند ROM است ولی در هر بیت سطر – ستون آن از یک فیوز استفاده شده ، PROM تا حد زیادی به الکتریسیته ساکن حساس است و قرار گرفتن آن در محیطی که دارای بار الکتریکی ساکن است باعث سوختن فیوز‌ها می‌شود ، وظیفه programer سوزاندن فیوز ها است زمانی که یم فیوز سالم است به منزله یک بودن آن بیت است ، معمولاً چیپ ها با ۵ ولت جریان فعال می شوند و زمانی که برنامه ای را بر روی چیپ های PROM می نویسیم یا Program میکنیم، جریانی بیشتر از ۵ ولت که بیشتر ۱۲ ولت است اجرا میکنیم که این باعث سوختن فیوزهای آدرس هایی می شود که ما می خواهیم. یادتان باشد شما همواره میتوانید یک را به صفر تبدیل کنید ولی برعکس آن ممکن نیست.

حافظه EPROM یا Erasable Programmable Read Only Memory

توسط دستگاه مخصوصی که فرکانس معینی از فرا بنفش را از خود عبور میدهد میتوان حافظه ای خواندنی و تنوشتنی داشت به نام EPROM یا Erasable Programmable Read – Only Memory این حافظه مشکل یک بار خواندن اطلاعات ROM و PROM را حل میکند و این نوع از ROM ها رامیتوان بارها پر و خالی کرد . EPROM نیز مانند دیگر ROM ها از سطر و ستون استفاده می‌کند ولی همانند RAM در EPROM هر خانه حافظه دارای دو ترانزیستور است برای خالی کردن اطلاعات EPROM نیاز به انرژی فرا بنفش زیادی در حدود فرکانس ۲۵۳ نیاز داریم تا الکترون‌های بین دو ترانزیستور را به حرکت در بیارد و آن‌ها را تخلیه کند. چون فرا بنفش نمیتواند وارد شیشه و پلاستیک گردد EPROM دارای صفحه ای از جنس کوارتز هست و اگر این صفحه بیش از حد در محل نور فرابنفش قرار گیرد ، صفحه اکسید آن توانایی ذخیره الکترون را از دست می‌دهد ، زمان دسترسی EPROM حدود ۱۵۰ – ۱۲۰ نانو ثانیه است که البته کند تر از RAM عمل میکند.

حافظه های EEPROM و Flash Memory

حافظه های Electrically Erasable Programmable Read Only Memory یا EEPROM نوع دیگری از چیپ های ROM هستند که به آن Flash ROM نیز میگویند و از بارز ترین خصوصیات این رام ها این است که قابلیت پاک شدن و برنامه ریزی مجدد را دارندو این روز ها اکثر شرکت های سازنده از EEPROM در مادربورد هایشان استفاده میکنند ، و شما می توانید بدین وسیله BIOS مادربرد خود را به وسیله دریافت نسخه به روز از وبسایت شرکت سازنده،آن را به روز کنید. با به وجود امدن EEPROM قابلیت های زیر نیز نسبت به نسخه های قبلی اضافه شد.

ROM-PROM-EPROM-EEPROM

تفاوت RAM و ROM

توضیحات در مورد این حافظه ها در بالا داده شده است حال میخواهیم واقعا ببینیم به صورت خلاصه چه تفاوت هایی دارد.

• RAM مخفف Random Access Memory است و ROM مخفف Read Only Memory
• RAM یک حافظه فرار است و با رفتن برق و یا Restart شدن سیستم اطلاعات موجود در آن از بین می رود
• ROM یک حافظه غیرفرار است و با رفتن برق و یا Restart شدن سیستم اطلاعات موجود در آن از بین نمی رود
• RAM یک حافظه خواندنی و نوشتنی است در حالیکه ROM فقط یک حافظه خواندنی است
• اطلاعات موجود در ROM فقط یکبار توسط کارخانه سازنده در آن نوشته می شوند
• اطلاعات موجود در RAM هر بار توسط نرم افزارهای مختلف سیستم و سیستم عامل تغییر می کند
• ROM دارای انواع مختلفی می باشد که قابل نوشتن در شرایط خاص می باشند که به EPROM معروف هستند
• RAM ها از نظر ساختاری به دو دسته SRAM و DRAM تقسیم بندی می شوند ITPRO باشید