تقرير عن الذاكرة الرئيسية main memory

تقرير عن الذاكرة الرئيسية

المقدمة
ربما يعتقد الكثير من المستخدمين أن استخدام الذاكرة محصور بموقع واحد في الحاسب وهو الذاكرة الرئيسية التي يستخدمها نظام التشغيل والبرامج. وحقيقة الأمر أن استخدام الذاكرة يدخل في الكثير من العتاد المستخدم لتشغيل الحاسب. المعالج وكرت الشاشة وكرت الصوت هي مجرد أمثلة على المكونات التي تحتاج إلى ذاكرة خاصة بها لكي تعمل ومصطلح ذاكره أو Memory، المقصود به إجراءات غير ظاهرة تتم في الخلفية ينشأ عنها الاحتفاظ ببيانات المعالجة بشكل دائم أو مؤقت، وبذلك نخلص إلى أن الذاكرة تنقسم إلى قسمين، قسم ذاكره دائمة وهي ما يعرف باسم ROM قسم ذاكرة مؤقتة رام ويرمز لها بالمصطلح RAM .
مراحل تطور الذاكرة
في بدايات تطوير أجهزة الحاسوب كان تستخدم تشكيلة من الدبابيس تسمى DTP وكانت الدبابيس تركب داخل ثغور على اللوحة الام ومع تطور الحواسيب أصبح الطلب على الذاكرة كبير فأصبح استخدام مثل هذه الأنواع صعب فكان لابد من تطورير الذاكرة فتم تصنيع رقائق الذاكرة مع كل متطلباتها على لوحة منفصلة تسمى PCB وهذه اللوحة تركب على داخل موصل خاص يسمى MOMARY BANK يوجد على اللوحة إلام.
أنواع الذاكرة المستخدمة في الكمبيوتر
-1ذاكرة الوصول العشوائي Random Access Memory (RAM)

-2 الذاكرة المخصصة للقراءة فقط Read-Only Memory (ROM)

- 3الذاكرة الظاهرية Virtual Memory

-4 الذاكرة الوميضية Flash Memory
Random Access Memory (RAM)
تسمى هذه الذاكرة بذاكرة الوصول العشوائي لأنك تستطيع الوصول إلى أي خلية ذاكرة مباشرة إن كنت تعرف الصف و العامود المتقاطعان عند هذه الخلية بغض النظر هل هذه الخلية تقع في أول الصف أو
العامود أو آخره ، و يقابل RAM ذاكرة أخرى تسمى serial access memory (SAM) هذا النوع من الذاكرة يخزن البيانات على شكل سلسلة من خلايا الذاكرة المتتابعة مثل شريط الكاسيت مثلا فأنت لا تستطيع الوصول إلى معلومة ما مخزنة في آخر الشريط مثلا إلا بالمرور على البيانات من أول الشريط حتى تصل إلى المعلومة المطلوبة ، و هذا النوع بطيء جدا بالمقارنة مع الذاكرة RAM .

مكونات RAM وعملها

إن رقاقة الذاكرة هي عبارة عن دائرة متكاملة مكونة من ملايين الترانزستورات و المكثفات ، الترانزيستور و المكثف يكونان معا خلية الذاكرة و التي تشكل bit واحد من البيانات و bitهو أصغر وحدة ذاكرة و كل8 bitتشكل Byte و هو ما يخزن فيه قيمة أي رمز أو رقم، المكثف يحتفظ بقيمة bitمن المعلومات و يكون المحتوى إما صفر أو واحد ، أما الترانزيستور فيعمل كمفتاح للتحكم فإما يقرأ حالة المكثف أو يقوم بتغييرها . المكثف يعمل كحافظة للإلكترونات ، فلحفظ قيمة واحد في خلية الذاكرة فيجب ملئ هذه الحافظة بالإلكترونات ولحفظ قيمة صفر يجب إفراغ هذه الحافظة من الإلكترونات.
* إن وظيفة RAM حفظ البيانات والملفات أثناء تشغيل الكمبيوتر.
أنواع الذاكرة التي تندرج تحت النوع الرئيسي RAM
DRAM - Dynamic random access memory -1وهي تحتوي على خلايا ذاكرة تتكون من زوج من الترانزستورات و المكثفات و تحتاج إلى إنعاش مستمر لأن الشحنة الكهربائية تتلاشى بعد مقدار ضئيل من الزمن يقاس بالميللي ثانية .

SRAM - Static random access memory -2 تستخدم من أربع إلى ست ترانزستورات لكل خلية ذاكرة و لا تحتوي على مكثف و لا تحتاج إلى إنعاش مستمر و تستخدم بشكل أساسي لذاكرة cache.

FPM DRAM - Fast page mode dynamic random access memory-3 وهي النوع الأصلي الذي طور منه النوع الأول ، وهذا النوع من الذاكرة يبحث بداية عن موقع bitالمطلوب من الذاكرة و عندما يحدد موقعه يقوم بقراءة محتوى هذا bit، و لا يبدأ bitالتالي إلا بعد الانتهاء من قراءة bitالأول ، وتصل السرعة القصوى لنقل البيانات باستخدام هذا النوع من الذاكرة إلى 176 ميجابايت في الثانية.

EDO DRAM - Extended data-out dynamic random access memory -4و هذا النوع يباشر بالبحث عن bitالتالي بعد تحديد موقع bitالأول و قبل الشروع بقراءته،وهذا النوع أسرع من النوع الأول ، وتصل السرعة القصوى لنقل البيانات باستخدام هذا النوع من الذاكرة إلى 264 ميجابايت في الثانية .

SDRAM - Synchronous dynamic random access memory -5يقوم هذا النوع من الذاكرة بعد تحديد موقع البت المطلوب ، بالوقوف على نفس الصف المحتوي على ذلك البت ثم يقوم بالبحث عن bitالتالي في نفس الصف مفترضا وجوده هناك و تكون نسبة احتمال أن يجد bitالتالي مرتفعة ، و هذا يوفر الوقت و يزيد من سرعة الذاكرة مقارنة مع النوع السابق ، و هذا هو النوع المنتشر الآن في أجهزة الحاسوب ، وتصل السرعة القصوى لنقل البيانات باستخدام هذا النوع من الذاكرة إلى 528 ميجابايت في الثانية.
RDRAM - Ram bus dynamic random access memory-6 هذا النوع من الذاكرة يستخدم ناقل بيانات سريع جدا يسمى Ram bus channel و تصل سرعته إلى 800 ميجاهرتز بالمقارنة مع 100 ميجاهرتز أو 133 في النوع الأحدث قليلا من ناقل البيانات في نوع الذاكرة السابق.
Credit Card Memory-7 و هذا النوع من الذاكرة هو نفس النوع DRAM و لكنه مخصص للأجهزة المحمولة notebook

PCMCIA Memory Card-8 وهذا نوع آخر مخصص أيضا للأجهزة المحمولة notebook و هو أيضا من نوع DRAM

Flash RAM -9و هو مقدار ضئيل من الذاكرة مخصص لحفظ إعدادات التلفاز و الفيديو أو إعدادات القرص الصلب في أجهزة الحاسوب .

VRAM – Video RAM -10و تسمى أيضا multiport dynamic random access memory (MPDRAM) وهذا النوع من الذاكرة مخصص لكروت الشاشة و المسرعات ثلاثية الأبعاد ، الاسم multiport جاء من حقيقة أن هذا النوع من الذاكرة يستخدم نوعين من الذاكرة، الأول RAM و الثاني SAM ، مقدار الذاكرة يحدد دقة الصورة و عمق الألوان.


Read-Only Memory (ROM)

هذا نوع من الذاكرة قابل للقراءة و لا تستطيع الكتابة عليها ، و البيانات المخزنة عليها يتم تخزينها في مرحلة صنع و تكوين رقاقة الذاكرة ، و هي لا توجد في أجهزة الحاسوب وحدها بل تجدها أيضا في أغلب الأجهزة الإلكترونية.
عمل الذاكرة ROM
كما في الذاكرة RAMفإن الذاكرة ROM تتكون من شبكة من الصفوف و العواميد ، و لكن عند التقاء الصفوف بالعواميد نجد أن ROM مختلفة كليا عنRAM ، فحيث نجد ترانزيستور عند نقطة التقاء الصف و العمود في RAM، نجد بدلا منه diode في ROMو الذي يقوم بوصل الصف مع العمود إذا كان محتوى الخلية المتقاطعان عندها يساوي 1 ، أما إن كان المحتوي صفر فبكل بساطة لا يوجد diodeو لا يتصل الصف بالعمود عند خلية التقاطع ، و بالتالي نرى أن تشكيل رقاقة الذاكرة و تخزين البيانات عليها يتم خلال فترة التصنيع و يصبح تغيير محتوى الرقاقة مستحيل بعد إتمام التصنيع.
أنواع الذاكرة ROM
PROM-1 : وتعنى Programmable ROM وهى قطعة من الذاكرة يمكن برمجتها مرة واحدة فقط. بعد أن تكتب المعلومات عليها لا يمكن مسحها أو تبديلها.

EPROM-2 : Erasable PROM وهى نفس السابقة إلا انه يمكن مسح المعلومات الموجودة بهذه الذاكرة وذلك باستخدام الأشعة فوق البنفسجية. هذه الأشعة يتم توجيهها إلى مجس خاص موجود على الذاكرة لفترة معينة من الوقت مما يؤدى لمسح كل المعلومات وبالتالي يمكن إعادة برمجة الذاكرة بمعلومات أخرى.

EEPROM-3 : Electrically Erasable PROM. هذه الذاكرة هي التي تستخدم الآن في اغلب اللوحات الأم الحديثة لحفظ برنامج البيوس . هذا النوع من الذاكرة يمكن مسح المعلومات الموجودة عليها و إعادة برمجتها باستخدام برامج خاصة. إذا رأيت كلمة Flash BIOS من ضمن مواصفات اللوحة الأم، فهذا يعنى أنها تستخدم هذا النوع من الذاكرة.


*هناك أمران مشتركان بين هذه الأنواع :

1-أن البيانات المخزنة على هذه الرقائق من الذاكرة لا تضيع عند قطع التيار الكهربائي ( و ليس كما في الذاكرة الرام التي تضيع محتوياتها عند قطع التيار)


2- أن البيانات المخزنة على هذه الرقائق من الذاكرة إما أنها لا يمكن تغييرها ، أو أن ذلك ممكن و لكن باستخدام وسائل خاصة ( و ليس كما في الذاكرة RAM حيث الكتابة عليها بنفس سهولة القراءة).
Flash Memory


هي أحد أنواع الذاكرة EEPROM و تختلف عنها أن EEPROM تمحو كل مرة بايت واحد بينما تستطيع Flash Memory التعامل مع 512 بايت في المرة الواحدة مما يجعلها أسرع بكثير.

تستطيع أن تجد Flash Memory في الأجهزة التالية :
-1 رقاقة البيوس في جهازك

Compact Flash-2 أو Smart Media تجدها في الكاميرات الرقمية

-3 ألواح الذاكرة من نوع PCMCIA Type I أو Type II و تجدها في الأجهزة المحمولة .

- 4ألواح الذاكرة في ألعاب الفيديو


الذاكرة الظاهرية Virtual memory
لذاكرة الظاهرية هي جزء مألوف في أغلب أنظمة التشغيل ، فأغلب أجهزة الحاسوب هذه الأيام تحتوي على 32 أو 64 ميجابايت ذاكرة رام ، و لكن للأسف فهذا القدر من الذاكرة غير كافي لتشغيل مجموعة من البرامج في وقت واحد مثل برنامج تحرير صور ومحرر كتابة و مستعرض انترنت و برنامج بريد الكتروني ، فإن لم يكن لديك ذاكرة ظاهرية فلن تعمل هذه البرامج و ستحصل على رسالة تطلب منك إغلاق بعض التطبيقات لتحرير جزء من الذاكرة ، مع وجود الذاكرة الظاهرية سيقوم الكمبيوتر بالبحث عن أجزاء غير مستعملة باستمرار من الذاكرة الرام ويقوم بنسخها على القرص الصلب و هذا يحرر قسما من الذاكرة الرام ليتم استخدامه في تشغيل التطبيقات الإضافية ، هذا الأمر يحدث بشكل تلقائي لدرجة أننا لا نحس به ويجعل جهاز يحس أن لديه ذاكرة أكبر مما هي عليه و لكن بطبيعة الحال ستكون سرعة القراءة و الكتابة على القرص الصلب أبطأ بكثير منها في الذاكرة ، فإذا كانت التطبيقات التي تشغل تحتاج ذاكرة كبيرة و مالديك فليل فسنلاحظ بطأ واضحا عند تشغيل هذه التطبيقات باستخدام الذاكرة الظاهرية ،وسيكون الحل الأمثل هو إضافة ذاكرة رام إلى جهازك. المنطقة على القرص الصلب التي تخزن فيها الذاكرة الظاهرية تسمى page file وهي التي تحفظ صفحات من الرام على القرص الصلب ، في نظام الويندوز هذا النوع من الملفات المخزن عليها أجزاء من الذاكرة يكون له الامتداد .SWP

الذاكرة الكاش Cache

كما هو معروف فإن الغاية من تطوير أجهزة الحاسوب ، هو زيادة سرعة استجابتها للأوامر ، فإذا عرفنا أن المعالج يحتاج 10 نانوثانية تقريبا للحصول على معلومة ما من الذاكرة الرام ، و هذه سرعة كبيرة نسبيا و لكننا إذا عرفنا أن المعالج يستطيع التعامل مع البيانات بسرعة 1 نانوثانية عرفنا أن هناك الكثير من الوقت المهدر في انتظار وصول المعلومة من الرام ، لهذا قام مطورو أجهزة الحاسوب باختراع ذاكرة أصغر في الحجم من الرام و لكن سرعتها أكبر و سموها الذاكرة كاش المستوى الثاني L2 ثم أضافوا ذاكرة أخرى أصغر حجما و أكثر سرعة، وضعوها داخل المعالج و سموها ذاكرة كاش مستوى أول L1 ، و هكذا أصبح المعالج يستلم البيانات المطلوبة من L1 فإذا لم يجدها انتقل الى L2 فإن لم يجدها انتقل الى الرام و هذا أدى الى زيادة ملحوظة في السرعة .


المصادر



ar.wikipedia.org/wiki 1-
www.bab.com/articles/full_article.cfm 2-
www.ask-pc.com/vbx/showthread.php?t=324 3-
www.zahrah.com/vb/showthread.php?s=&threadid=7564 4-