در این قسمت توضیحی درباره رم (RAM) میدهیم و بعد شروع به اینکه نسل رم از ابتدا تا کنون را به اختصار توضیح میدهیم . در میانه مبحث به انواع و تفاوت های انها نیز به اختصار اشاره خواهیم کرد.

حافظه ی اصلي

در رايانه هاي اوليه، رايج ترين وسيله ی ذخيره سازي كه به عنوان حافظه ی اصلي بود، از تعدادي آرايه ی فرومغناطيس استفاده مي كرد. با ظهور نيمه هادي ها و مزاياي آن، حافظه هاي فرومغناطيس منسوخ شد و امروزه استفاده از حافظه هاي نيمه هادي به عنوان حافظه ی اصلي رايج شده است. اين حافظه ها به طور مستقيم با پردازنده ارتباط دارند.

هر سلول از حافظه ی نيمه هادي كه به بيت معروف است، داراي خواص زير است:

–  هر سلول حافظه دو حالت از خود به نمايش مي گذارد كه از اين دو حالت براي تعيين صفر و يك بودن آن بيت استفاده م يشود.

–  مي توان حداقل يكبار در آن نوشت كه اين كار با تعيين وضعيت سلو لها (بیت ها) امكان پذير است.

–  به راحتي مي توان وضعيت صفر يا يك بودن اين سلو لها را مشخص كرد كه اين كار همان خواندن حافظه است.

براساس خواص فوق مي توان گفت كه اين حافظه ها توانايي نگهداري داده ها در مبناي دو و قابليت نوشتن و خواندن آن ها را دارند. حافظه هايي كه در این صفحه درباره ی آن ها صحبت ميشود، از نوع دستيابي تصادفي هستند كه رايج ترين نوع حافظه با دستيابي تصادفي را RAM مي گويند

RAM : Random Access Memory

SAM : serial Access Memory

 RAM معروف ترين حافظه ی مورد استفاده در رايانه است. سلو لهاي حافظه ی آن بلافاصله قابل دسترسي هستند و به همين دليل به آ نها Random Access مي گويند. نقطه ی مقابل RAM را SAM2 مي نامند. همان طور كه از نامش پيداست داده ها را به صورت سريال مانند نوار كاست نگهداري مي كند. در SAM اگر داده اي در دسترس نباشد كليه ی داد ههاي قبل از آن خوانده مي شوند تا به داده ي مورد نظر برسد. كاربرد حافظه هاي SAM بيشتر به صورت حافظه ی ميانگير(Buffer)  است. حافظه ی كارت گرافيك نمونه اي از حافظه ی SAM است كه در آن داده ها به ترتيب ورود بايد خوانده شوند.

يكي از مشخصه هاي بارز حافظه ي RAM قابليت خواندن و نوشتن در آن است. مشخصه ی مهم ديگر اين نوع حافظه، نامانا بودن اطلاعات آن است و اين يعني اينكه RAM ها همواره بايد به يك منبع تغذيه ی الكتريكي متصل باشند. هر زمان انرژي الكتريكي متوقف گردد، داده هاي اين حافظه از دست خواهند رفت. بنابراين RAM هميشه به عنوان يك ذخيره ساز موقت به كار ميرود.  حافظه ی اصلی با ظرفيت يک مگابايت را نشان می دهد.

web1

RAM ها دو نوع دارند:

–  حافظه ی پويا     ( Dynamic RAM(DRAM

–  حافظه ی ايستا   (Static RAM(SRAM

حافظه ی پويا

فناوري حافظه هاي پويا به اين صورت است كه از ميليون ها ترانزيستور و خازن در كنار هم ساخته ميشوند هر سلول حافظ هی پويا از يك ترانزيستور و يك خازن تشكيل شده است. خازن داده ي بيت، يعني مقدار صفر يا يك را نگهداري م يكند و ترانزيستور به عنوان يك سوئيچ عمل مي كند. در واقع ترانزيستورهاي موجود در هر بيت از حافظ هی پويا به مدار كنترل روي تراشه ی حافظه اجازه ی خواندن و نوشتن (تغيير حالت) خازن را ميدهد.

همان گونه كه گفته شد سلول هاي اين حافظه از خازن ساخته شده است و خاز نها به طور دائم با گذشت زمان دشارژ ميشوند، به خصوص در زماني كه مقدار آ نها خوانده ميشود. به همين دليل براي حفظ داده هاي موجود در اين سلول ها بايد به طور مرتب آ نها را تازه سازي كرد. خازن را مي توانيد مثل سطلي در نظر بگيريد كه الكترون ها در آن ذخيره ميشوند. براي ذخيره كردن مقدار يك در سلول هاي حافظه، اين سطل پر از الكترون ميشود و براي مقدار صفر، خالي از الكترون ميشود. مشكل خاز نها براي اين فناوري، گرايش به از دست دادن مقدار الكترو نهاي موجود در آن است و پس از مدت زماني خالي از الكترون خواهند شد. بنابراين حافظه هاي پويا به طور مداوم بايد در حال تازه سازي داده هاي خود باشند، در غير اين صورت داده هاي خود را از دست مي دهند. براي تازه سازي حافظه ی پويا، مقدار هر سلول قبل از خالي شدن خوانده مي شود و سپس همان مقدار خوانده شده دوباره در سلول نوشته ميشود. تداوم اين تازه سازي باعث مي شود كه اين حافظه مدت زمان زيادي را صرف اين كار كند كه اين امر باعث پايين آمدن سرعت عمل آن خواهد شد.

web2

حافظه ی ايستا

فناوري حافظه هاي ايستا مانند حافظه هاي پويا مبتنی بر شارژ و دشارژ خازن نيست و سلو لهاي آن از تعدادي گيت منطقي به نام فليپ فلاپ استفاده ميكنند. يكي از ويژگي هاي مهم اين گيتهاي منطقي، نگهداري داده ها بدون نياز به تازه سازي آن هاست و مادامي كه جريان الكتريكي حافظه تأمين شود، داده ها در حافظه نگهداري مي شوند. بنابراين تفاوت حافظه هاي پويا و ايستا در ساختار فيزيكي آ نهاست. هر دو حافظه ی ايستا و پويا از نوع نامانا هستند، ولي سلو لهاي حافظه ی پويا (خازن ها) ساده تر و كوچك تر از سلو لهاي حافظ هی ايستا (گيتهاي منطقي) هستند. يعني در تراشه هايي با ابعاد مساوي، تعداد سلو لهاي حافظه ی پوياي بيشتري نسبت به سلو لهاي حافظه ی ايستا قرار مي گيرد. به همين دليل از حافظه هاي پويا براي حافظه هايي با ظرفيت بالا و ارزان كه همان حافظه ی اصلي باشد، استفاده مي كنند و از آنجا كه حافظه ی ايستا سريع تر و گرا نتر است، از آن براي حافظه ی نهان استفاده مي كنند. نمونه ای از حافظه ی استاتيک در شکل نشان داده شده است.

web3

حافظ هی اصلی با دستيابی تصادفی DRAM

تراشه هاي حافظه ی اصلي كه از نوع حافظه ی پويا هستند در رايانه هاي اوليه ی XT و حتي اوايل AT به صورت تراشه هاي معمولي و به نام DIP يا پكيجهاي دو رديفه (در پكي جهاي دوطرفه، پايه ها در دو طرف تراشه قرار دارند. ) بودند .كه در كارت هاي گرافيك قديمي نيز قابل مشاهده هستند. اين تراشه روي برد اصلي لحيم مي شد.

web4DIP: Dual Inline Package

با افزايش سرعت پردازنده ها، به مقدار حافظه ی اصلي بيشتري نياز بود كه لحيم كردن تعداد زيادي تراشه ی DIP روي برد اصلي فضاي زيادي اشغال ميكرد و مقرون به صرفه نبود. به همين دليل تراشه ها را روي برد مدار چاپي جداگانه اي گذاشتند و با استفاده از يك واسط و رابط مخصوص به برد اصلي متصل كردند كه به اين مجموعه بانك حافظه ميگويند. به هركدام از  بردهاي مدار چاپي به همراه تراشه هاي حافظه ی روي آن يك ماژول حافظه گفته ميشود.

web5

در ابتدا حافظه ی اصلي به كار رفته در سيستم هاي رايانه اي، مخصوص شركت هاي سازنده آن سيستم بود و تنها براي سيستم هاي توليدي آن سازنده به كار ميرفت كه براي كاربران روش مناسب و مطلوبي نبود. به همين دليل نوعي از ماژو لهاي حافظه و بانك استاندارد آن به نام SIMM  به بازار آمد كه استفاده از آن مورد استقبال شركت ها و كاربران قرار گرفت.

SIMM : Single Inline Memory Module

اين ماژو لهاي حافظه در ابتدا به صورت ۳۰ پين و در ادامه به صورت ۷۲ پين و با پهناي باند ۸ بيت در اختيار كاربران قرار گرفت. در ابتدا و در اغلب رايانه ها، بردهاي حافظه ی SIMM به صورت دوتايي و با سرعت انتقال داده و ظرفيت يكسان به كار ميرفت، زيرا پهناي گذرگاه داده ی سيستم در آن زمان بيشتر از پهناي باند يك ماژول SIMM بود. به عنوان مثال از دو ماژول SIMM با پهناي باند هشت بيتي بر روي يك گذرگاه سيستم با پهناي باند ۱۶ بيت استفاده ميشد. در صورت استفاده از يك ماژول حافظ هی SIMM با پهنای باند هشت بيت داده در هر پالس ساعت، از نصف پهنای باندگذرگاه داده شانزده بيتي استفاده میشود. شكل زیر ماژو لهاي قديمي حافظه ی اصلي را نشان مي دهد.

web6

حافظه ی همزمان با دستيابی تصادفی  (SDRAM)

مهم ترين دغدغه هاي طراحان سخت افزار رايانه و شايد مهمترين گلوگاه در طراح يهاي جديد، استفاده از پردازند ههاي پرسرعت و اتصال آن به حافظه ی اصلي است. اين اتصال، مهم ترين گذرگاه در كل سيستم رايانه است. از طرفي حافظه هاي اصلي در سا لهاي اخير همچون سا لهاي گذشته همان حافظه ی پوياست. يكي از را ههاي كاهش مشكل اختلاف سرعت پردازنده ها و حافظه هاي اصلي، استفاده از يك يا چند سطح حافظه ی نهان و با سرعت بالا از نوع حافظه ی ايستاست، ولي حافظه ی ايستا خيلي گران است و از طرفي، گسترش ظرفيت حافظه ی نهان از كارايي آن مي كاهد.

SDRAM : Synchronous Dynamic RAM

با افزايش سرعت پردازنده و پهناي باند گذرگاه هاي سيستم و نيز افزايش ظرفيت حافظه ها، بانكهاي SIMM ديگر پاسخگوي نياز سيستم نبودند و طراحان، استاندارد جديدي براي رفع نيازمندي هاي سيستم به نام DIMM ارايه كردند.

web7

DIMM : Dual Inline Memory Module

با توجه به ملاحظات بالا، طراحان به فكر را هحل هايي براي افزايش سرعت حافظه ی پويا افتادند. حافظه ی SDRAM يك نوع حافظه ی پوياست كه كار تبادل داده با پردازنده را به صورت هم زمان (Synchronous) و با استفاده از ساعت سيستم انجام ميدهد. اين را ه حل باعث بهبود سرعت حافظه ی پويا شد كه به Synchronous DRAM يا همان SDRAM معروف گرديد.

براي ماژو لهاي حافظه ی SDRAM تراشه هاي حافظه را در دو طرف برد مدارچاپي قرار مي دهند و داراي پهناي باند ۶۴ بيتي هستند. اين نوع ماژو لهاي حافظه در سيستم هايي با پردازند ههاي ،PII ،PIII و PIV قابل استفاده هستند.( Pentium)

web8

حافظه ی پويا همزمان با سرعت انتقال مضاعف (DDR DRAM)

فناوری ديگري كه پا به عرصه ي رقابت گذاشت DDR است. براي همزمان كردن ابزار منطقي، انتقال داده با آمدن لبه ی ساعت (Clock Edge) انجام خواهد شد. يك پالس ساعت زماني مؤثر است كه مقدار آن از صفر به يك تغيير كند يا برعكس. DDR DRAM ها از هر دو حالت ساعت يعني لب هي بالا رونده و لبه ي پايين رونده براي انجام عمليات استفاده مي كنند يعني بدون اضافه كردن فركانس ساعت مي توانند با استفاده از هر دو حالت تغيير ساعت، يك بار در لبه ی بالا رونده و

يك بار در لبه ی پايين رونده، يعني هنگامي كه ساعت از صفر به يك و همين طور از يك به صفر تغيير مي كند، سرعت انتقال داده ها را دو برابر كنند. اين ماژولهاي حافظه در بانكهاي DIMM و با ۱۸۴ پين كار مي كنند.

DDR DRAM : Double Data Rate Synchronous DRAM

web9 (2)استفاده از فركانس ساعت براي حافظ ههاي SDRAM (سمت راست) و DDR RAM (سمت چپ)

با مقايسه بين DDR RAM و SDRAM در مييابيم كه از نظر ساختار داخلي هيچ تفاوتي ندارند و DDR RAM ها نسخه ی جديدتري از SDRAM ها، با سرعتي دوبرابر هستند. به عنوان مثال يك حافظه ی DDR با فركانس ساعت ۱۰۰ مگاهرتز مي تواند با فركانس ۲۰۰ مگاهرتز عمل خواندن يا نوشتن داده ها را انجام دهد. پهناي باند حافظه ی DDR مانند SDRAM ها ۶۴ بيتي يا ۸ بايتي است. بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه سرعت انتقال داده ی حافظه ی مثال فوق برابر است.

با ۸Byte × ۲۰۰ MHz = 1/6 GBps .  بايد توجه كرد براي استفاده از DDR DRAM ها بايد از برد اصلي با قابليت پشتيباني آ نها استفاده كرد. جدول زیر مشخصات تعدادی از ماژو لهای DDR DRAM را نشان م یدهد.

web10فروشندگان قطعات رايانه، فركانس پالس ساعت را كه حافظه با آن كار ميكند، را به عنوان سرعت حافظه مطرح مي كنند. ولي سرعت در حافظه به سرعت انتقال داده در يك ماژول حافظه گفته مي شود كه به پهناي باند آن و فركانس پالس ساعت كاري آن بستگي دارد.

حافظه هاي DDR2 و DDR3

با عملكرد مناسب حافظه هاي DDR طراحان به فكر توسعه و بهبود عملكرد اين نوع حافظه ها افتادند و توانستند عملكرد حافظه را ارتقا بخشند. آنان در فناوري حافظ ههاي DDR2 موفق شدند سرعت انتقال داده ها را، روي گذرگا ه داده دو برابر كنند (جدول زیر). در واقع حافظه هاي DDR2  داراي فركانس پالس ساعتی دو برابر حافظه هاي DDR هستند. بنابراين مي توان تصور کرد كه پهناي باند گذرگاه آن را دو برابر افزايش داده اند. ولتاژ كاري اين نسخه به نسبت حافظه هاي DDR كمتر است و در نتيجه توان عملياتي آن بالاتر رفته است. اين حافظه داراي بانك حافظ هی ۲۴۰ پين است.

web11web12

نسخه ی بعدي DDR ها نيز با دو برابر كردن فركانس پالس ساعت نسبت به حافظه هاي DDR2 و همچنين كم كردن سطح ولتاژ كاري توانست سرعت انتقال داده ها را به مقدار بسيار زيادي افزايش دهد. اين نسخه DDR3 نام دارد. جدول زیر مشخصات تعدادی از ماژولهای DDR3 را نشان میدهد.

web13

حافظه ی RDRAM

از سال ۱۹۹۹ حافظه هاي DRAM در طراحي جديد Rambus روي بردهاي اصلي عرضه شد. در مقايسه با بانك هاي حافظه ی DIMM كه داراي پهناي باند ۶۴ بيتي هستند، اين طراحي داراي پهناي باند ۱۶ بيتي است. ماژول اين حافظه از يك نوع گذرگاه داده ی خاص براي افزايش سرعت استفاده مي كند. اما همان طور كه گفته شد سرعت انتقال داده ها در حافظه به دو ويژگي مهم پهناي باند و فركانس پالس ساعت بستگي دارد. طراحي Rambus توانسته است با عملكرد مناسب در فركانس پالس ساعت بسيار بالا به نسبت ديگر استانداردهاي حافظه ی اصلي، سرعت انتقال داده ها را به صورت فزاينده اي افزايش دهد.

RDRAM : Rambus DRAM

ماژو لهاي حافظه ی RDRAM با استاندارد RIMM2 و با ۱۸۴ پين كار مي كنند. بانكهاي اين حافظه طوري طراحي شده اند كه چند ماژول از اين نوع حافظه مي توانند به صورت هم زمان داده ارسال كنند

RIMM : Rambus Inline Memory Module

حافظه ی ويدئويي (Video RAM)

تصاوير ويدئويي قبل از اين كه روي صفحه نمايش ظاهر شوند، در نوع خاصي از حافظه ی DRAM ذخيره مي شوند که به آن حافظه ی ویدئویی یا VRAM گویند.. اين حافظه روي كارت آداپتور ویدئويي قرار دارد و مدارهاي خاصي به طور مداوم داده هاي ديجيتال اين حافظه را به سيگنا لهاي مورد نياز صفحه نمايش تبديل و ارسال مي كنند. اين كار بدون دخالت پردازنده صورت مي پذيرد و براي بالابردن سرعت آداپتورهاي ويدئويي صورت ميگيرد. به اين نوع خاص از حافظه هاMP DRAM (حافظه های دینامکیی چندگذرگاه) نيز گفته ميشود. به اين دليل که اين نوع از حافظه ها داراي امکان دستيابي به اطلاعات، به صورت تصادفي و سريال هستند و به طور هم زمان مي توان هم در آ نها نوشت و هم داده ها را از آن ها خواند.