تحقیق مقاله انواع حافظه و کاربرد آن ها

 انواع حافظه و کاربرد آن ها

حافظه با هدف ذخیره سازی اطلاعات (دائم وموقت ) در کامپیوتر استفاده می گردد.

از انوع متفاوتی حافظه در کامپیوتر استفاده می شود.

RAM

ROM

Cache

RAM Dynamic

RAM Static

Memory Flash

Memory Virtual

Memory Video

BIOS

استفاده از حافظه صرفا محدود به کامپیوتر های شخصی نبوده ودر دستگاههای متفاوتی نظیر تلفن سلول PDA

رادیو های اتومبیل VCRتلویزیون و... نیز در ابعاد وسیعی از آنها استفاده بعمل می آید

هر یک از دستگاههای فوق مدل های متفاوتی از حافظه را استفاده می نماید.

با اینکه می توان واژه حافظه را بر هر نوع وسیله ذخیره سازی الکترونیک اطلاق کرد ولی اغلب از واژه فوق برای مشخص نمودن حافظه های سریع با قابلیت ذخیره سازی موقت استفاده بعمل می آید .

در صورتیکه پردازنده مجبور باشد برای بازیابی اطلاعات مورد نیاز خود بصورت دائم از هاردیسک استفاده نماید قطعا سرعت عملیات پردازند ( با آن سرعت بالا)کند خواهد گر دید. زمانیکه اطلاعات مورد نیاز پردازنده درحافظه ذخیره گردند سرعت عملیات پردازنده از بعد دستیابی به داده های مورد نیاز بیشتر خواهد گردید.

از حافظه های متعددی بمنظور نگهداری موقت اطلاعات استفاده می گردد.

با اینکه می توان واژه حافظه را بر هر نوع وسیله ذخیره سازی الکترونیکی اطلاق کرد ولی اغلب از واژه فوق برای مشخص نمودن حافظه های سریع با قابلیت ذخیره سازی موقت استفاده بعمل می آید.

در صورتیکه پردازنده مجبور برای بازیابی اطلاعات مورد نیاز خود بصورت دائم از هاردیسک استفاده نماید 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 بمنظور نگهداری موقت اطلاعات استفاده می گردد.

می بایست اطلاعات فوق از طریق حافظه RAM در اختیار پردازنده قرار گیرند .

در ادامه پردازنده اطلاعات وداده های مورد نیاز خود را در حافظه Cache ودستور العمل های خاص عملیاتی خود را در ریجسترها یا ثبات Registers ذخیره می نماید تمام عناصر سخت افزاری پردازنده هاردیسک حافظه و... عناصر نرم افزاری (سیستم عامل و...) بصورت یک گروه عملیاتی بکمک یکدیگر وظایف محوله را انجام می دهند .

عملیات سریع خواندن ونوشتن BIOS اطلاعات اولیه وضروری در رابطه با دستگاههای ذخیره سازی وضعیت درایوی که می بایست فرایند بوت از آنجاآغاز گرددامنیت و... را مشخص می نماید در مرحله بعد سیستم عامل از هاردبه درون حافظه RAMاستقرار خواهد یافت.

بخش های مهم وحیاتی سیستم عامل تا زمانیکه سیستم روشن است در حافظه ماندگار خواهند بود در ادامه زمانیکه یک برنامه توسط کاربرفعال می گردد برنامه فوق در حافظه RAMمستقر خواهد شد .

پس ازاستقرار یک برنامه در حافظه وآغاز سرویس دهی توسط برنامه مورد نظر در صورت ضرورت فایل های مورد نیاز برنامه فوق در حافظه مستقر خواهند شد ودر نهایت زمانیکه به حیات یک برنامه خاتمه داده می شود (close) ویا یک فایل ذخیره می گردد.

بدون شکل در این گروه حافظه دارای جایگاهی خاص است از زمانیکه کامپیوتر روشن تا زمانیکه خاموش می گردد پردازنده بصورت پیوسته ودائم از حافظه استفاده می نماید بلافاصله پس از روشن نمودن کامپیوتر اطلاعات اولیه (برنامه pos)  از حافظه RAM فعال شده ودر ادامه وضعیت حافظه از نظر سالم بودن بررسی می شود.

اطلاعات بر روی یک رسانه ذخیره سازی دائم ذخیره ونهایتا حافظه از وجود برنامه وفایل های مرتبط پاکسازی می گردد همانگونه اشاره گردید در هر زمان که اطلاعاتی مورد نیاز پردازنده باشد می بایست اطلاعات در خواستی در حافظه RAM  مستقرتا زمینه استفاده از آنان توسط پردازنده فراهم گردد چرخه درخواست اطلاعات موجود در RAM توسط پردازنده ونوشتن اطلاعات جدید در حافظه یک سیکل کاملا پیوسته بوده ود راکثر کامپیوتر ها 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 ومتفاوت است ؟ در پاسخ می توان به موارد  ذیل اشاره کرد:

پردازنده های با سرعت بالا نیازمند دستیابی سریع وآسان به حجم بالایی از داده ها بمنظور افزایش بهره وری وکارآیی خود می باشند در صورتیکه پردازنده قادر به تامین ودستیابی به داده های مورد نیاز در زمان مورد نظر نباشدمی  بایست عملیات خود را متوقف ودر انتظار تامین داده های مورد نیاز خود باشد پردازنده های جدید با سرعت یک گیگا هرتز به حجم بالائی از داده ها (میلیارد بایت درهر ثانیه ) نیاز خواهند داشت پردازنده هایی با سرعت اشاره شده گران قیمت بوده وقطعها اتلاف زمان مفید آنان مطلوب وقابل قبول نخواهد بود طراحان کامپیوتر به منظور حل مشکل فوق ایده لایه بندی حافظه را مطرح نموده اند دراین راستا از حافظه های گران قیمت با میزان اندک استفاده واز حافظه های ارزان تر در حجم بیشتری به عمل می آید ارزانترین حافظه متداول هاردیسک است هاردیسک یک رسانه ذخیره سازی ارزان قیمت با توان ذخیره سازی حجم بالائی ازاطلاعات است با توجه به ارزان بودن فضای ذخیره سازی اطلاعا بر روی هارد اطلاعات مورد نیاز بر روی آنها ذخیره وبا استفاده از روشهای متفاوتی نظیر حافظه مجازی می توان بسادگی وبه سرعت بدون نگرانی از فضای فیزیکی حافظه RAMاز آنها استفاده نمود .

حافظه RAMسطح دستیابی بعدی در ساختار سلسله مراتبی حافظه است اندازه بیت یک پردازنده نشان دهنده تعدا د بایت هائی ازحافظه است که در یک لحظه می توان به انها دستیابی داشت مثلا یک پردازنده شانزده بیتی قادر به پردازش دو بایت درهر لحظه است مگاهر ترز واحد سنجش سرعت پردازش در پردازنده هااستومعادل میلیون درهر ثانیه است مثلا یک کامپیوتر 32 بیتی پنتیوم iiiبا سرعت 800-mhzقادر به پردازش چهار بایت به صورت همزمان و800 میلیون بار درثانیه است حافظه RAMبه تنهایی دارایسرعت مناسب برای همسنگ شدن با سرعت پردازنده نیست .به همین دلیل است که از حافظه های cacheاستفاده می گردد بدیهی است هر اندازه که سرعت دسترسی به (access time) حافظه RAM بالاترباشد حافظه ی مطلوب تری خواهد بود اغلب تراشه های امروزی دارای سرعتی بین 50تا 70 Nanosecondsمی باشندسرعت خواندن وی نوشتن در حافظه ارتباط مستقیم با نوع حافظه استفاده شده دارد در این راستا ممکن است از حافظه های DRAM,SDRAM,RSMBUSاستفاده گردد سرعت RAMتوسط پهنا وسرعت BUS  کنترل می گرد پهنای BUS به تعداد دفعاتی که می توان یک گروه از بیت ها را در هر ثانیه ارسال کرد اطلاق می گرد سیکل منظم حرکت داده ها از حافظه به سمت پردازنده را BUS Cycle می گویند مثلا یک BUS با وضعیت 100HRZو32 بیت به صورت تئوری قادربه ارسال چهار بایت به پردازنده ویکصد میلیون مرتبه در هر ثانیه است در حالیکه یک BUS شانزده بیتی MHZ 66 به صورت تئوری قادربه ارسا ل دوبایت  و66 میلیون مرتبه درهر ثانیه است با توجه به مثال فوق مشاهده می گردد که با تغییر پهنای BUS از شانزده به سی ودو وسرعت از66MHZبه 100MHZ  سرعت ارسال داده برای پردازنده سه برابر می گردد.

ریجستر Cache(Register)

با توجه به سرعت بسیار بالای پردازنده حتی در صورت استفاده از busعریض وسریع همچنان مدت زمانی طول خواهد کشید تا داده ها از حافظه RAM برای پردازنده ارسال گردند حافظه CACHE با این هدف طراحی شده است که داده های مورد نیازپردازنده راکه احتمال استفاده از أنان بیشتر است در دسترس تر قراردهدعملیات فوق از طریق بکارگیری مقدار اندکی از حافظه CACHE که Primaryویا level 1 نامیده می شود صورت می پذیرد ظرفیت حافظه های فوق بسیار انداک بوده واز دو کیلو بایت تا شصت وچهار کیلیو بایت را شامل می گردد نوع دوم cache که Secondaryویا level2نامیده می شود اغلب برروی یک کارت حافظه در مجاوت پردازنده قرار می گیرد این نوع cacheدارای یک ارتباط مستقیم با پردازنده است یک مدار کنترل کننده اختصاصی برروی برد اصلی که کنترل کنند L2نامیده می شود مسئولیت عملیات مربوط را برعهده خواهد گرفت با توجه به نوع پردازنده  اندازه حافظه فوق متغیر بوده ودارای دامنه ای بین 256kbتا 2mb است برخی ازپردازنده های با کارائی بالا اخیرااین نوع cacheرا به عنوان جزئی حدا ناپذیر در کنار خود دارند بخشی از تراشه پردازنده.

انواع حافظه :

حافظه ها را می توان بر اساس شاخص های متفاوتی تقسیم بندی کرد حافظه های volatileوحافظه های غیر فرارNonvolation نمونه ای از این تقسیم بندی های است حافظه های volition بلافاصله پس از خاموش شدن سیستم اطلاعات  خود را از دست می دهند وهمواره برای نگهداری اطلاعات خود به منبع تامین انرژی نیاز خواهند داشت اغلب حافظههای RAM دراین گروه قرا رمی گیرند حافظه های Nonvolation داده های خود را همچنان پس از خاموش شدن سیستم حفظ خواهند کرد حافظه rom نمونه ای از نوع حافظه ها است .

حافظه RAM

RAM Random Access Memoryحافظه RAM شناخته ترین نوع حافظه در دنیای کامپیوتر است روش دستیابی به این نوع از حافظه های تصادفی است چون می توان به هر سلول حافظه مستقیما دستیابی پیدا کرد در مقابل حافظه های RAM   Serial Access، Memory SAMوجود دارند حافظه های SAM اطلاعا را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخیره وصرفا امکان دستیابی به آنها صورت ترتیبی وجود خواهد داشت نظیرنوار کاست در صورتیکه داده مورد نظر درمحل جاری نباشد هر یک از سلول های حافظه به ترتیب بررسی شده تا داده مورد نظر پیدا گردد حافظه های sam درمواردیکه پردازش داده ها الزاما بصورت ترتیبی خواهد بود مفید می باشد نظیر حافظه موجود بر روی کارت های گرافیک داده های ذخیره شده در حافظه RAM با هر اولویت دلخواه قابل دستیابی خواهند بود .

مبانی حافظه های RAM

حافظه RAMیک تراشه مدارمجتمع (IC) بوده که از میلیونها ترانزیستور وخازن تشکیل شده است در اغلب حافظه ها با استفاده وبکارگیری یک خازن ویک ترانزیستور می توان یک سلول را ایجاد کرد سلول فوق قادر به نگهداری یک بیت داده خواهدبود خازن اطلاعات مربوط به بیت را که یک وصفر است درخود نگهداری خواهد کرد عملکرد ترانزیستور مشابه یک سویچ بوده که امکان کنترل مدارات  موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظورخواندن مقدار ذخیره شده درخازن ویا تغییر وضعیت مربوط به ویا کنتر ل کننده حافظه قبل از تخلیه شدن خازن مکلف به شارژ مجدد ان بمنظورنگهداری مقدار یک باشند بدین منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده ومجددااطلاعا را بازنویس می نماید عملیات فوق Refresh هزاران مرتبه دریک ثانیه تکرار خواهد شد علت نامگذاری DRAMبدین دلیل است که این نوع حافظه ها مجبوربه بازخوانی اطلاعا ت بصورت پویا خواهند بود  فرایند تکراریبازخوانی بازنویسی اطلاعات در این نوع حافظه ها باعث می شود .