حافظه اصلی در رایانه

برای ذخیره‌سازی اطلاعات در کامپیوتر به حافظه نیاز داریم. در سیستم‌های کامپیوتری انواع حافظه داریم. تمام این نوع حافظه‌ها در دو دسته حافظه اصلی کامپیوتر و حافظه ثانویه کامپیوتر تقسیم‌بندی می‌شوند. در این مقاله مرور مختصری بر انواع حافظه در رایانه داشته و بحث اصلی ما در مورد حافظه اصلی رایانه و انواع آن خواهد بود.

کامپیوتر‌ها به نوعی کار با داده‌ها و اطلاعات را برای ما انسان‌ها ساده‌تر کرده‌اند. هر سیستم کامپیوتری در واحد زمان، هزاران یا حتی میلیون‌ها خط اطلاعات را خوانده و آن‌ها را اجرا می‌کند. سرعتی که واقعاً شگفت‌آور و هیجان‌انگیز است.

اطلاعات در کامپیوتر در کجا ذخیره می‌شوند ؟ شاید جواب این سوال خیلی ساده کوتاه باشد: «حافظه»!

اما گول سادگی و کوتاهی آن‌را نخورید! بحث حافظه در کامپیوتر بحثی بسیار مهم و البته تا حدی پیچیده است. خبر خوب اینکه در این مقاله قرار است با هم با انواع آن آشنا شده و از این پیچیدگی تا حد بسیار زیادی کم کنیم. با دانستن اینکه چه حافظه‌هایی در کامپیوتر وجود دارد، خواهیم توانست ساختار کامپیوتر را بهتر درک کنیم.

انواع حافظه در کامپیوتر

همه حافظه‌ها در کامپیوتر برای ذخیره‌سازی اطلاعات به کار برده می‌شوند. اما هر کدام از آن‌ها ویژگی و سرعت‌های متفاوت و منحصر به فردی دارد. برخی از حافظه‌ها سریع، اما کم حجم و برخی دیگر کندتر، ولی ارزان‌تر هستند. در یک دسته‌بندی دقیق و جامع، انواع حافظه در رایانه به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• حافظه اصلی (Main Memory)
• حافظه جانبی (Secondary Memory)

حافظه اصلی چیست ؟

حافظه اصلی کامپیوتر (Computer Main Memory) که به آن حافظه اولیه یا حافظه درونی هم گفته می‌شود، حافظه‌ای است که برای اجرای برنامه‌ها به طور مستقیم به وسیله پردازنده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

حافظه‌های اصلی سرعت بالاتری نسبت به نوع دیگر داشته و از حجم کمتری برخوردارند. در اصل حجم بالای این حافظه‌ها گاه با افزایش چشمگیر قیمت رو‌به‌رو بوده و گاهی بلااستفاده خواهد بود.

ریزپردازنده کامیپوتر (پردازنده) به دلیل سرعت زیاد این نوع حافظه‌ها، برای کار با اطلاعات ذخیره‌شده در کامپیوتر (در حافظه‌های ثانویه) از حافظه‌های اصلی کمک گرفته تا با سرعت بیشتری اطلاعات را پردازش کند.

انواع حافظه اصلی

در حالت کلی دو نوع حافظه اولیه در کامپیوتر داریم که عبارت‌اند از:

• حافظه‌های دسترسی تصادفی یا حافظه RAM
• حافظه‌های فقط خواندنی یا حافظه ROM

حافظه ثانویه چیست ؟ (حافظه جانبی کامپیوتر)

حافظه ثانویه کامپیوتر که به آن حافظه جانبی یا حافظه خارجی نیز گفته می‌شود، برای ذخیره اطلاعات اصلی کامپیوتر استفاده می‌شود. حجم این نوع حافظه معمولا، بسیار بیشتر بوده و قیمت آن در واحد ذخیره‌سازی بسیار کمتر از حافظه‌های اصلی می‌باشد.

از حافظه‌های جانبی برای ذخیره طولانی مدت اطلاعات و نگهداری آن‌ها استفاده می‌شود. همه ما با انواع حافظه ثانویه تا کنون برخورد مستقیم داشته و با آن‌ها کار کرده‌ایم. موارد زیر مثال‌هایی از حافظه ثانویه است.

• هارد دیسک‌های کامپیوتر (هارد HDD یا SSD)
• سی‌دی‌ها و دی‌وی‌دی‌ها (CD و DVD)
• فلش‌ها

سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات در حافظه‌های جانبی بسیار کمتر از حافظه اصلی بوده و به همین دلیل پردازنده ترجیح می‌دهد وقت خود را با کار با این نوع حافظه تلف نکند و معمولا، هیچ‌گاه به طور مستقیم با آن کار نمی‌کند.

 

حافظه اصلی RAM در کامپیوتر

به این دلیل به آن حافظه موقتی گفته می‌شود که با قطع جریان برق و منبع تغذیه آن، تمام محتوای موجود در RAM پاک شده و عملاً غیرقابل استفاده خواهد بود.

برنامه‌ها برای اجرا باید در حافظه RAM قرار بگیرند؛ به همین دلیل است که در برخی منابع به آن حافظه کاری نیز گفته می‌شود.

کلمه RAM مخفف عبارت Random Access Memory به معنی حافظه با دست‌یابی تصادفی است. دلیل این نام‌گذاری این است که دست‌یابی به داده‌های موجود در حافظه به محل قرار گرفتن آن بستگی ندارد.

حافظه رم از نوع خواندنی-نوشتنی است؛ یعنی هم می‌توان اطلاعات دلخواه را روی آن ریخته و یا اطلاعات مورد نظرمان را از روی آن بخوانیم.

حافطه اصلی رم در محفظه درون کامپیوتر یا لپ‌تاپ و درون شیارهای مخصوص آن قرار می‌گیرد. ظرفیت این قطعه می‌تواند روی سرعت اجرای برنامه‌ها در سیستم تأثیرگذار باشد.

 

انواع رم (RAM)

علاوه بر اینکه تکنولوژی ساخت رم ها متفاوت بوده و روز به روز درحال پیشرفت هستند؛ ما انواع مختلفی از RAMها داریم که در جای مناسب خود استفاده می‌شوند.

منظور از تکنولوژی ساخت، همان DDR2 یا DDR3 و DDR4 است که احتمالاً در هنگام خرید سیستم کامپیوتری خود اسم آن‌ها را شنیده‌اید. بحث ما چگونگی کارکرد DDR نیست. اما در همین حد بدانید که هر کدام از این فناوری‌ها سرعت و مصرف انرژی متفاوتی داشته و پهنای باند خواندن-نوشتن آن‌ها متفاوت است.

حافظه اصلی کامپیوتر از تعداد بسیار زیادی ترانزیستورها تشکیل شده است. این تعداد بسته به حجم رم متغیر خواهد بود. در حقیقت برای هر بیت از حافظه رم، نیازمند تکرار یک ساختار برای ذخیره‌سازی مقدار آن (0 یا 1) خواهیم بود.

با توجه به نحوه ایجاد این ساختار، دو نوع مختلف رم ساخته می‌شود. این دو نوع عبارت‌اند از:

• حافظه DRAM
• حافظه SRAM

حافظه DRAM چیست ؟

در حافظه اصلی DRAM برای نگهداری اطلاعات هر خانه از یک خازن و یک ترانزیستور استفاده می‌شود. وضعیت شارژ بودن یا شارژ نبودن خازن هر خانه، نشان‌دهنده وجود مقدار 0 یا 1 در آن بیت از رم است.

اگر کمی از مباحث الکترونیکی اطلاع داشته باشید، احتمالاً می‌دانید که هر خازن شارژ شده، پس از گذشت مدت زمانی، شارژ خود را از دست می‌دهد یا به اصطلاح دشارژ خواهد شد. با این وضعیت تمام اطلاعات ذخیره شده در رم از بین خواهد رفت و همه بیت‌ها پس از گذشت زمان کوتاهی به 0 تبدیل می‌شوند!

بنابراین لازم است تا هر خازن، به کمک همان ترانزیستور مرتبط با آن، هر چند لحظه یک‌بار تقویت یا رفرش (Refresh) شود.

به همین دلیل است که به این نوع از حافظه‌ها، حافظه دستیابی تصادفی پویا (داینامیک) گفته می‌شود. اسم آن نیز مخفف Dynamic RAM است.

حافظه SRAM چیست ؟

در حافظه‌های SRAM از انواع رم در کامپیوتر، برای نگهداری اطلاعات هر بیت، از 6 ترانزیستور استفاده می‌شود. نحوه اتصال این ترانزیستور‌ها به گونه‌ای است که تشکیل یک ثبات را می‌دهند.

بنا به این ساختار نگهداری اطلاعات، نیاز به انجام عملیات رفرش نخواهیم داشت؛ زیرا مادامی که جریان برق به رم متصل باشد، بیت‌های ذخیره شده بدون هیچ تغییری باقی خواهند ماند.

به دلیل ثابت بودن مقادیر بیت‌ها در این نوع رم، به آن رم ثابت یا Static RAM گفته می‌شود.

 

تفاوت حافظه اصلی DRAM و SRAM در کامپیوتر

همانطور که متوجه شدید، تفاوت اصلی حافظه DRAM و SRAM در چگونگی نگهداری اطلاعات هر بیت از اطلاعات است. در SRAMها فقط از ترانزیستور استفاده شده و تعداد ترانزیستورهای آن بیشتر است.

این مسئله باعث ایجاد تفاوت‌هایی در این دو نوع حافظه می‌شود که استفاده آن‌ها را برای موقعیت‌های مختلف متفاوت می‌کند. برخی از این تفاوت‌ها عبارت‌اند از:

• در SRAM دیگر نیازی به انجام عملیات Refresh نیست؛ بنابراین انرژی کمتری مصرف خواهد کرد.
• در SRAM تعداد بسیار زیادی ترانزیستور استفاده می‌شود. این مورد به طور مستقیم روی افزایش قیمت SRAM‌ها تأثیرگذار است.
• به دلیل آماده بودن بیت‌ها در هر زمان و عدم نیاز به عملیات رفرش به صورت دوره‌ای، سرعت خواندن و نوشتن در رم‌های SRAM بالاتر از DRAM می‌باشد.

اگر می‌خواهید اطلاعات بیشتری در مورد SRAM و DRAM کسب کنید، می‌توانید به این سایت انگلیسی مراجعه نمایید.

 

حافظه اصلی ROM در کامپیوتر

حافظه رام در کامپیوتر اطلاعاتی را نگهداری می‌کند که برای روشن شدن و شروع به کار سیستم عامل بسیار مهم و حیاتی است.

حافظه ROM که در فارسی به آن رام گفته می‌شود، مخفف Read Only Memory به معنای حافظه فقط خواندنی است. اطلاعاتی که درون این حافظه اصلی رام ریخته می‌شود، هیچ گاه قابل تغییر نبوده و فقط می‌توان اطلاعات را از روی آن خواند.

مدت زمان نگهداری اطلاعات در این حافظه بسیار زیاد است. بر عکس حافظه‌های RAM با قطع شدن برق متصل به ROM، اطلاعات آن از بین نخواهد رفت.

از حافظه ROM برای ذخیره سازی دائمی اطلاعات اولیه درباره مشخصات سیستم استفاده می‌شود. اطلاعاتی نظیر:

• مشخصات لازم برای روشن شدن سیستم و فرآیند‌های لازم
• دستورالعمل‌های شروع به کار سیستم عاملی (OS) که روی سیستم نصب شده

سازندگان برد اصلی کامپیوتر، داده‌های لازم را در این تراشه ریخته و ذخیره می‌کنند. همچنین ما به عنوان یک کاربر سیستم کامپیوتری، امکان تغییر آن‌ها را نداریم.

 

انواع رام (ROM)

حافظه اصلی ROM در کامپیوتر خود به سه دسته تقسیم می‌شود. بستگی به کاربرد مورد نظر، از هر کدام از انواع حافظه رام می‌توان استفاده کرد. در این‌جا صرفاً نحوه کارکرد و تفاوت آن‌ها را با هم می‌خوانیم.

حافظه PROM

حافظه PROM معمولاً برای برنامه‌نویس‌ها یا کسانی که در زمینه توسعه سخت‌افزار فعال هستند کاربرد فراوانی دارد. Programmable ROM ها در هنگام تولید خالی از اطلاعات هستند.

ما می‌توانیم این نوع حافظه را تهیه کرده و داده مورد نظر خود را به کمک اتصال جریان برق به آن، درون آن بریزیم.

پس از ثبت داده‌ها در حافظه رام، دیگر امکان پاک کردن یا تغییر آن‌ها را نخواهیم داشت؛ دقیقا مشابه رفتار ROM با این تفاوت که مرحله ثبت داده‌ها پس از ساختن آن انجام می‌شود.

حافظه EPROM

اگر در داده‌های وارد شده در PROM اشتباهی رخ دهد، Erasable ROM ها به کمک ما می‌آیند. ما می‌توانیم تحت شرایط و قوائد خاصی، اطلاعات ثبت شده در EPROM را پاک کرده تا بتوانیم مجدداً آن‌را برنامه‌ریزی کنیم.

البته پاک کردن داده‌ها به سادگی که فکر می‌کنید نیست! می‌بایست قطعه حافظه را جدا کرده و در دستگاهی که در حال تابش نور فرابنفش (UV) است قرار داد. پس از مدتی اطلاعات موجود به طور کامل حذف خواهند شد.

حافظه EEPROM

نام این حافظه اصلی کامپیوتر مخفف Electrically EPROM است. در مورد قبلی فهمیدیم که EPROM چیست و چگونه می‌توان اطلاعات ذخیره شده در آن را حذف کرد.

در این نوع از حافظه‌های اصلی رایانه، امکان پاک کردن اطلاعات بدون جدا کردن آن وجود خواهد داشت. به این صورت که باید طبق دستورالعمال خاصی یک جریان برق به برخی از پایه‌های حافظه اعمال کنیم.

بنابراین این نوع از رام می‌تواند بسیار کاربردی باشد؛ چرا که می‌توانیم اطلاعات را بدون خط از دست رفتن به مدت طولانی نگه داشته، اما در موقع لزوم، اطلاعات آن را آگاهانه به‌روز کرده و تغییر دهیم.

حافظه بایوس (BIOS)

حافظه بایوس که در سیستم‌های کامپیوتری قدیمی مورد استفاده قرار می‌گرفته، نوعی EEPROM است که اطلاعات مورد نیاز برای راه‌اندازی سیستم را در خود ذخیره می‌کرد.

پیش‌تر در مورد اطلاعاتی که این نوع حافظه اصلی کامپیوتر (یعنی ROM) ذخیره می‌شوند صحبت کوتاهی کردیم. در سیستم‌های کمی قدیمی‌تر (تقریباً سیستم‌های قبل از سال 2015 میلادی) از قطعه‌ای به نام BIOS برای نگهداری اطلاعات سیستم استفاده می‌شد.

کسانی که با این کامپیوتر‌ها کار کرده‌اند، احتمالاً قطعه‌ای درون آن دیده‌اند که به وسیله یک باتری تغذیه می‌شد. این قطعه همان بایوس کامپیوتر بود.

 

جمع‌بندی: حافظه اصلی در کامپیوتر

در این مقاله جامع به بررسی حافظه اصلی در کامپیوتر پرداختیم. حافظه اصلی رایانه یکی از مهم‌ترین قطعات و تجهیزات هر سیستم کامپیوتری است. دیدیم که حافظه‌ها به دو نوع حافظه اصلی و حافظه جانبی یا ثانویه تقسیم‌بندی می‌شوند.

حافظه جانبی همان هارد، فلش یا CD است که اطلاعاتمان را برای مدت زمانی طولانی روی آن‌ها ذخیره می‌کنیم. حافظه اصلی کامپیوتر وابسته به جریان برق بوده و سرعت بالاتری در فرآیند خواندن و نوشتن (R/W) دارند.

به جهت افزایش کارآیی پردازنده کامپیوتر، از رم‌ها (RAM) که نوعی حافظه اصلی کامپیوتر هستند برای نگهداری موقت داده‌ها و دستورالعمل‌های برنامه‌ها استفاده می‌شود.

با انواع RAM آشنا شدیم. دیدیم که DRAMها برای نگهداری داده‌ها نیاز به شارژ دوره‌ای دارند؛ در حالی‌که SRAMها به کمک اتصال 6 ترانزیستور برای هر بیت، نیازی به شارژ مجدد نخواهد داشت و از سرعت بالاتری نیز برخوردار است.

در ادامه به ROM آشنا شدیم. ROM یکی از دو حاظفه اصلی در کامپیوتر و به صورت فقط خواندنی بود. اطلاعات مهم سیستمی کامپیوتر در این نوع حافظه‌های ذخیره می‌شوند که انواع آن عبارت بود از: PROM و EPROM و EEPROM.