10-05-2019, 10:23 AM
انواع حافظه
با آن که واژه حافظه را مي توان براي هر نوع وسيله ذخيره سازي به کار برد، اما بيشتر براي مشخص نمودن حافظه هاي سريع با قابليت ذخيره سازي موقت استفاده مي شود. زماني که پردازنده مجبور باشد براي بازيابي اطلاعات به طور دائم از هارد استفاده نمايد طبيعتاً سرعت عمليات آن کند خواهد شد. به طورکل از حافظه هاي متعددي به منظور نگهداري موقت اطلاعات استفاده مي شود. زماني که در حافظه هاي دائمي مانند هارد اطلاعاتي موجود باشد که پردازنده بخواهد از آنها استفاده نمايد بايد اطلاعات فوق از طريق حافظه RAM در اختيار پردازنده قرار گيرد و سپس اطلاعات مورد نياز خود را در حافظه Cache و دستور العمل هاي خاص عملياتي را در ريجيسترها ذخيره کند. همان طور که مي دانيد تمام عناصر سخت افزاري و نرم افزاري با يکديگر کار مي کنند و از زماني که سيستم روشن مي شود و تا زماني که خاموش مي شود، پردازنده به صورت دائم و پيوسته از حافظه استفاده مي کند.
حافظه رايانه بر اساس نوع آن از تعدادي خازن و ترانزيستور که در چند آي سي قرار گرفته، تشکيل شده است. براي ذخيره اطلاعات در حافظه، بعضي از ترانزيستورها در حالت قطع و برخي در حالت وصل قرار مي گيرند. خازن ها نيز در حالت شارژ و دشارژ قرار مي گيرند. در رايانه از چندين نوع حافظه استفاده مي شود:
[font=times new roman,times,serif]*Random Access Memory- RAM
اين نوع حافظه براي ذخيره سازي موقت اطلاعات رايانه در حالت کار با سيستم به کار مي رود.
*ROM- Read Only Memory
اين نوع حافظه، حافظه دائم است و از آن براي ذخيره سازي اطلاعات مهم استفاده مي شود.
* Caching
نوعي حافظه است که براي ذخيره اطلاعاتي که داراي فرکانس بازيابي بالا مي باشند استفاده مي شود.
* Basc Input/ Output System- BIOS
اين حافظه يک نوع حافظه ROM مي باشد که از اطلاعات آن جهت هر بار راه اندازي سيستم استفاده مي شود.
Virtual MEM
اين حافظه در زمان نياز عمليات جايگزيني را در حافظه RAM انجام مي دهد. در واقع فضايي بر روي هارديسک مي باشد که از آن براي ذخيره سازي موقت اطلاعات استفاده مي شود.
سرعت حافظه
سرعت تراشه هاي رم با مدت زمان لازم براي دسترسي به يک بيت از اطلاعات سنجيده مي شود. اين واحد با سرعت نانو ثانيه اندازه گيري مي شود. توجه داشته باشيد که سرعت حافظه هاي دي رم را با سرعت ساعت اندازه گيري مي کنند. سرعت تراشه هاي حافظه به طور عادي در محدوده 50 تا 120 نانوثانيه است. هر چه عدد بيان شده براي سرعت کم تر باشد حافظه سريع تر است. اين نوع حافظه ها از نظر سخت افزاري به گروه هاي زير تقسيم مي شوند:
انواع حافظه
حافظه SRAM حافظه اي با دستيابي تصادفي ايستا مي باشد که در آغاز براي Cache استفاده مي شد. اين حافظه از چندين ترانزيستور براي هر يک از سلول هاي حافظه خود استفاده مي نمايد. اين نوع حافظه قادر نيست مانند DRAM اطلاعات را به طور پيوسته بازخواني نمايد. هر يک از سلول هاي حافظه مادامي که منبع تأمين انرژي آنها فعال باشد داده هاي خود را ذخيره خواهد نمود. سرعت اين نوع حافظه ها بسيار بالا مي باشد.
چه ميزان حافظه مورد نياز است؟
ميزان حافظه مورد نياز بر اساس کاربردهاي متفاوت گوناگون مي باشد. براي استفاده از برنامه هاي خاص، نرم افزارهاي طراحي و انيميشن سه بعدي برنامه هاي سرگرم کننده و دستيابي به اينترنت هر يک نياز به حافظه خاصي دارد.
در واقع افزايش حافظه به نوع استفاده از رايانه مربوط مي گردد. به طور مثال سيستم عامل ويندوز 95 و يا 98 حداقل به 32 مگابايت حافظه نياز دارد. سيستم عامل ويندوز 2000 حداقل به 64 مگابايت، سيستم عامل لينوکس حداقل به 4 مگابايت، سيستم عامل اپل به 16 مگابايت و ويندوزXP به 64 مگابايت حافظه نياز دارد.
به هر وسيله که توانايي نگهداري اطلاعات را داشته باشد، حافظه مي گويند.
حافظه يکي از قسمت هاي ضروري و اساسي يک رايانه به شمار مي رود. همان طور که انسان براي نگهداري اطلاعات مورد نياز خود علاوه بر حافظه دروني خويش از ابزارهاي مختلف ديگري همانند کاغذ، تخته سياه، نوار ضبط صوت، نوار ويديو و ... استفاده مي کند رايانه هم مي تواند از انواع مختلف حافظه استفاده کند.
به طور کلي دو نوع حافظه داريم :
1- حافظه (اصلي) که به آن ( حافظه اوليه ) و ( دروني ) مي گويند .
2- حافظه (جانبي) که به آن (حافظه ثانويه) و (کمکي) مي گويند .
الف ) حافظه اصلي
کليه دستورالعمل ها و داده ها، براي اين که مورد اجرا و پردازش قرارگيرند اول بايد به حافظه اصلي رايانه منتقل گردند و نتايج پردازش نيز به آنجا فرستاده شود. حافظه اصلي رايانه از جنس نيمه هادي ( الکترونيکي ) است و در نتيجه، سرعت دسترسي به اطلاعات موجود در آنها در مقايسه با انواع ديگر حافظه بالاست و قيمت آن نيز گرانتر است. حافظه‌هاي اصلي نيز به دو دسته تبديل مي شوند ( ROM ، RAM ) .
حافظه فقط خواندني ( ROM)
Cpu معمولاً اطلاعات موجود در اين نوع حافظه را تغيير نميدهد، بلکه فقط مي تواند آن را بخواند. هنگام خاموش شدن نيز اين اطلاعات از بين نمي‌رود و ثابت مي ماند. برنامه BIOS که وظيفه آزمايش و راه اندازي قسمت هاي مختلف رايانه را به هنگام روشن شدن سيستم برعهده دارد در اين نوع حافظه قرار داده مي‌شود.
ساخت مدارهاي منطقي به کمک ROMوتراشه هاي مشابه
ROMوساختارهاي مشابه PROM وRAM از اعضاي مهم خانواده تراشه هاي قابل برنامه ريزي مي باشند. توسط ROM هر نوع تابع ترکيبي را مي توان بوجود آورد زيرا که اين تراشه در برگيرنده تمام عبارات حداقلي (Minterm ) مي باشد
ولي نکته اي که نبايد از نظر دور داشت اين است که استفاده از ROMاضافه بر کاهش سرعت سيستم در خيلي از مواقع ممکن است نوعي به هدر دادن منابع بوده و ازلحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نباشد چون کمتر مدارهايي وجود دارند که احتياج به استفاده از چنين آرايه هاي بزرگي داشته باشند.
در موارد زير استفاده از حافظه هاي مذکور به منظور پياده سازي مدارهاي منطقي مي تواند مفيد و مقرون به صرفه باشد.
الف: زماني که مسا له در ابتدا به صورت جدول درستي بيان شده باشد زيرا که محتويات جدول مذکور مستقيما قابل پياده شدن بر روي ROM مي باشد وهيچ نيازي به پردازش و ساده سازي صورت مساله نخواهد بود. جداول تبديل انواع رمزها به يکديگر(Look Up Tables) و کنترلرهاي ريز برنامه اي مثالهاي مناسبي از اين نوع مدارهاي منطقي مي باشند. در يک چنين حالاتي صحيح نخواهد بود که ساختاري که مستقيما قابل پياده شدن بر روي ROMاست را به هم زده و پردازش هاي گوناگون بر روي آن انجام دهيم به خاطر آن که بخواهيم جواب مساله را با استفاده از دريچه ها طراحي کرده و يا به عبارتي آن را به صورت مجموع حاصلضربهاي ساده شده درآوريم.
ب: زماني که تابع مورد نظر احتياج به عوامل حاصلضربي خيلي زياد داشته که بيش از امکانات PLD هاي موجود باشد يک چنين حالاتي معمولا در مورد توابع حسابي پيش مي آيد.
ج: مواردي که به منظور ساخت بلوکهاي منطقي تغيير پذير بوده و تعداد عوامل حاصلضربي مورد نياز در تغييرات آينده قابل پيش بيني نباشد،در اين مواقع استفاده ازحافظه ها يکي از راه حلهاي مناسب خواهد بود.
همانگونه که متذکر شديم، کاربرد مورد الف در تبديل رمزها به همديگر است. مثلا کامپيوترهاي بزرگ غالبا داده هاي خود را به صورت رمز EBCDIC به سمت دستگاههاي چاپگر مي فرستند. حال اگر بنا باشد از يک دستگاه چاپگر ارزان PC به جاي چاپگر ويژه بزرگ استفاده گردد بايد رمز داده هاي ارسالي را به ASCII تبديل نمود، در يک چنين موردي جدول درستي تبديلEBCDIC به ASCII مستقيما قابل پياده شدن بر روي ROM مي باشد. رمز EBCDIC به عنوان آدرس ROM و رمز ASCII به عنوان محتوياتROM به حساب خواهند آمد.
مثال ديگر از اين نوع ، تبديل رمز دودويي خالص Pure Binary داخلي سيستم هاي ميکروکنترلر به رمز BCD براي نمايش اطلاعات خروجي مي باشد. با توجه به مطالب بالا مي توانيم نتيجه گيري کنيم که در توابعي که خروجيها به صورت مشابه با محتويات و وروديها مشابه با وروديهاي آدرس حافظه ها باشند، اين تراشه ها نامزدهاي مناسبي براي پياده سازي توابع فوق الذکر مي باشند.
به عنوان مثال اگر منظور ساخت يک علامت الکتريکي رقمي متشکل از 16 وضعيت مختلف در يک پريود خود باشد، مي توان از يک ROM ، 16 خانه تک رقمي استفاده نمود. پريود موج توليد شده شانزده برابر زمان لازم براي خواندن داده ها از روي ROM خواهد بود. خطوط آدرس اين ROM ﺗﻮسط خروجي هاي يک شمارنده 16 حالتي طبيعي فرمان داده مي شوند.
نام ديگري که در چنين مواردي براي ROM مورد استفاده قرار مي گيرد، واژهPLE خلاصه شده عبارت Programmable Logic Element مي باشد. اين واژه به اين دليل براي ناميدن ROM مورد استفاده قرار مي گيرد، که ROM به صورت اصولي يک تراشه توليد توابع منطقي نيز مي باشد.
يک ابزار نرم افزاري به همين منظور، يعني کمک به پياده سازي مدارهاي منطقي به کمک ROM زماني به بازار عرضه گرديد که به نام' PLEASM'که خلاصه شده Programmable Logic Element Assemblerمي باشد، ناميده مي شد. اين ابزار خصوصيات طرح منطقي مورد نظر را به صورت معادلات دودويي و يا توابع حسابي قبول کرده و خروجي خود را به صورت جدول درستي که مستقيما قابل پياده شدن بر روي ROM و يا به عبارتي PLE باشد آماده مينمود. ROM ها را درابعاد و سرعتها و تکنولوژيهای مختلف ميسازند. انواع دو قطبي BIPOLAR آن با زمان دسترسي حدود 10 نانو ثانيه و گونه هاي CMOS آن با حداقل زمان دسترسي تقريبا چندين برابر اين مقدار در بازار وجود دارند. انواع قابل برنامه ريزي (PROM ) نيز وجود دارند که بعضي به توسط فيوزها برنامه ريزي مي شوند و قابل پاک شدن نيستند و بعضي ها هم به توسط اشعه ماورا بنفش قابل پاک شدن مي باشند که به آنها EPROM گفته مي شود.
در حافظه هاي PROMتمام ﺑﻴﺖ هاي کلمات در ابتدا برابر ١ هستند.براي داشتن صفر در کلمات حافظه مي باﻳﺴتي ﻳﻚ جرﻳان پالسي در خروجيROMبراي هر آدرس قرار داد بطوري که ﻓﻴوزي که داخلPROM قرار داردمي سوزد.در اﻳن صورت آن ﺑﻴتي که ﻓﻴوز آن سوخته است داراي اطلاعات صفر مي شود. به اﻳن ترﺗﻴب کاربر متناسب با ﻧﻴاز در آزماﻳﺸگاه خودPROM را برنامه رﻳزي مي کندو در هر کلمه حافظه PROMاطلاعات مورد نظر را قرار مي دهد. گونه هاي ديگري نيز وجود دارند که از لحاظ تکنيک ساخت و طرز کار ما بين ROM و RAM قرار مي گيرند که از آن جمله مي توان از:E2PROM=Electrically Erasable Programmable Read Only Memory و Flash Memory ها نام برد.
مختصري در مورد E2PROM و Flash Memory
استفاده از اين نوع حافظه ها که از نوع غير فرار'Nonvolatile 'بوده و يعني از اين لحاظ شبيه بقيه انواع ROM مي باشند، زماني به کار مي آيد که نياز باشد تراشه بدون برداشته شدن از روي مدارقابل برنامه ريزي مجدد باشد.
Flash Memory از لحاظ تکنولوژي ساخت تلفيقي از روشهاي ساخت حافظه هاي EPROM و E2PROM مي باشد ودر واقع مزاياي هر يک از حافظه هاي فوق الذکر را دارا مي باشد. Flash Memory ها مي توانند همانند E2PROM ها به صورت الکتريکي پاک شوند با اين تفاوت که اين ها بر خلاف E2PROM ها که خط به خط پاک مي شوند به صورت يک جا تمام محتويات آنها قابل پاک شدن مي باشد. و از اين لحاظ شبيه EPROM مي باشند. البته با اين تفاوت که نوع اخير توسط نور ماورا بنفش شديد در مدتي در حدود 15 الي 20 دقيقه پاک مي شود. در صورتي که اين عمل براي حافظه هاي از نوع Flash در يک لحظه خيلي کوتاه انجام مي پذيرد و کل عمل پاک کردن و برنا مه ريزي مجدد در عرض چند ثانيه قابل انجام است. بنابراين از اين لحاظ اين نوع حافظه سريعتر از E2PROM ها مي باشد.
نکته ديگري که قابل توجه است، اين که در اين نوع از حافظه احتياج به ايجاد پنجره شفاف جهت انجام عمل پاک کردن محتويات تراشه شبيه آنچه در EPROM موجود بود، نمي باشد و از اين لحاظ ساخت تراشه ارزانتر تمام خواهد شد. حافظه هاي E2PROM و Flash معمولا ولتاژ تغذيه ديگري علاوه بر تغذيه استاندارد 5 ولتي نيز دارند که در مورد حافظه هاي فوق الذکر اين ولتاژ در خيلي از مواقع حدود 12 ولت بوده و براي انجام عمل نوشتن و پاک کردن مورد استفاده قرار مي گيرد و با قطع آن محتويات داخلي تراشه ثابت خواهند ماند و به عبارتي در مقابل پاک شوندگي و يا تغييرات ناخواسته اتفاقي مصونيت پيدا خواهند کرد.
حافظه خواندني/ نوشتني( RWM / RAM )
همان طور که از نام اين نوع حافظه پيداست، واحد پردازشگر مي تواند هم در اين نوع حافظه بنويسد و هم از آنها بخواند. به طور کلي، برنامه ها و دستورالعملها و داده هايي در اين حافظه قرار مي گيرند که پردازشگر بخواهد بر روي آنها کاري انجام دهد. به اين نوع حافظه ها، (( حافظه فرار )) نيز مي گويند زيرا با قطع برق، محتويات آن ها از بين مي رود. RAM ها اغلباً دو نوع اند :
DRAM
(RAMديناميک ) : در اين نوع حافظه اطلاعات به طور اتوماتيک توسط رايانه Refresh مي شوند. به دليل چگالي
بيشتر داده ها و ارزان بودن RAM ديناميک پراستفاده است
SRAM
سرعت اين نوع حافظه بالاتر از نوعديناميک است. از اين نوع RAM در حافظه پنهان يا Cache که بين حافظه اصلي و پردازشگر قرار دارد، استفادهمي‌شود .
ب )حافظه جانبي
از حافظه جانبي براي ذخيره سازي دائمي اطلاعات استفاده مي‌شود. اين حافظه از عناصر غير الکترونيکي ساخته شده و قيمت آن ارزان و سرعت آن پايين است. براي اجراي يک برنامه از روي ديسک جانبي، اول بايد برنامه در حافظه اصلي ) RAM ) قرار گيرد و سپس توسط CPU مورد پردازش قرار گيرد .براي نگهداري اطلاعات اين نوع حافظه هيچ گونه انرژي مصرف نمي‌کند، اما براي ذخيره سازي و فراخواني اطلاعات نياز به انرژي دارد . به طور کلي حافظه جانبي دو نوع است : ( حافظه غير مغناطيسي و حافظه مغناطيسي )
1- حافظه غير مغناطيسي
1. کارت و نوار کاغذي : از کارت هاي منگنه شده و رنگ شده و نوارهاي کاغذي سوراخ شده (پانچ)، به عنوان محلي براي ذخيره اطلاعات استفاده مي‌شود مانند پاسخ کارت کنکور. اين حافظه توسط دستگاهي به نام کارت خوان خوانده مي‌شود و سپس اطلاعات به حا فظه کامپوتر منتقل مي‌شود.
2. ديسک نوري ( Optical Disk) : ديسک هاي نوري نوع ديگري از حافظه‌هاي غير مغناطيسي است. براي خواندن و نوشتن اطلاعات در اين نوع ديسک ها ،از اشعه ليزر استفاده مي‌شود.
CD.3 :
اين ديسک ها از صفحه دايره شکلي به قطر 12 سانتيمتر ساخته شده‌اند و مي توانند تاحدود 700 مگا بايت اطلاعات را نگهداري کنند. به نوع متداول آن که فقط قابل خواندن است CD-ROM مي گويند. بر نوع ديگري که به CD-R معروف است مي توان با استفاده از CD-Recorder يک بار اطلاعات وارد کرد و با استفاده از ديسک گردان هاي CD-Rewriter بارها بر روي CD-RW اطلاعات نوشت و پاک کرد.
DVD.4 :
نوع جديدتري از ديسک هاي نوري به نام DVD-ROM در حال گسترش است. اين ديسک، ظاهر و اندازه‌اي شبيه سي – دي دارد، ولي براي آن ظرفيت هاي 4/5 GB ( يک رو – يک لايه ) 7/9 (يک رو – دو لايه ) 15/8 ( دورو – دولايه ) در نظر گرفته شده است .
3 - حافظه مغناطيسي
در اين نوع حافظه ها، مي توان اطلاعات را به صورت نقاط مغناطيس شده نوشت ( ذخيره کرد) و يا خواند ( باز يابي نمود). اين اعمال، به وسيله شاخک هاي خاصي که به آنها هد مي گويند، انجام مي پذيرد. هد از يک سيم پيچ هسته دار کوچک تشکيل شده است .
الف ) نوار مغناطيسي :
نوار مغناطيسي از يک نوار پلاستيکي که روي آن از يک ماده مغناطيس شونده مثل اکسيد آهن پوشانده اند، تشکيل شده است (شبيه نوار ضبط صوت با پهناي بيشتر ). اين نوارها امروزه به صورت کارتريج و در گذشته به صورت حلقه‌اي مورد استفاده قرار مي گرفته است. دسترسي به اطلاعات اين حافظه ها دسترسي ترتيبي است .يعني به ترتيب اطلاعات بايد بگذرند تا به اطلاعات مورد نظر برسيم، مثل نوار کاست.
ب)ديسک مغناطيسي :
ديسک هاي مغناطيسي صفحات گرد پلاستيکي، فلزي يا سراميکي هستند که سطح انها به وسيله ماده مغناطيس شونده مثل اکسيد آهن پوشانيده مي‌شود .اگر جنس ديسک مغناطيسي شده، پلاستيک باشد به آن ديسک نرم ( Floppy Disk) و اگر فلز يا سراميک باشند به آن ديسک سخت (Hard Disk) مي گويند. دسترسي در اين ديسک ها مستقيم است يعني هر اطلاعاتي را که خواستيم بتوانيم آن را از روي سطح ديسک انتخاب کنيم. همانند دسترسي به تراک هاي يک MP۳. که سرعت اينگونه دسترسي بالاست.
1-ديسک نرم (Floppy Disk) :
اين نوع ديسک ها قابل حمل است. امروزه اندازه استاندارد آن ۳٫۵ اينچ است. براي محافظت از آنها، ديسکت ها را در پوشش هايي به شکل مربع و از جنس پلاستيک سخت قرارمي دهند.
اگر دکمه حفاظت در مقابل نوشتن بسته باشد مي توان روي ديسک نوشت و اگر باز باشد اين کار امکان‌پذير نيست. ظرفيت معمولي اين ديسک ها ۱٫۴۴MB است. نوع ۲٫۸۸MB آن هم وجود دارد اما متداول نيست. در ديسک گردان هاي ۱٫۴۴ نمي‌توان ديسک هاي ۲٫۸۸ را خواند، اما در ديسک گردان هاي ۲٫۸۸ مي توان از ديسکت هاي ۱٫۴۴ استفاده کرد. ديسک گردان شکافي دارد که ديسک روي آن قرار مي گيرد، سپس ديسک گردان، ديسک را با سرعت ۳۰۰ دور در دقيقه مي چرخاند .ظرفيت ديسک هاي مغناطيسي به سطح مفيد و چگالي داده ها بستگي دارد. اولين ديسکت ها داراي چگالي مغناطيسي اندکي بوده‌اند که به اختصار به آنها SS-DD (يک رويه – چگالي مضاعف ) مي گفتند. چندي بعد کارخانه‌هاي سازنده، ديسک هاي دورويه (DS) را ساختند که پس از آن ديسک هاي ساخته شده به اين مدل ها هستند :
علامت اختصاري توضيح ظرفيت
DS - DD دورويه – چگالي مضاعف ۷۲۰ KB
DS - HD دورويه – چگالي بالا ۱٫۴۴ MB
DS - ED دورويه – چگالي خيلي بالا ۲٫۸۸ MB
۲.ديسک سخت (Hard Disk) :
ديسک سخت يا هارد ديسک از يک يا چند صفحه گرد، از جنس آلياژهاي آلومينيوم يا سراميک تشکيل شده است که بر روي يک محور درون محفظه‌اي بسته ( ديسک گردان ) قرار دارند .اين صفحه يا صفحه ها به وسيله موتوري، حول محور ديسک گردان با سرعتي در حدود چند هزار دور در دقيقه مي چرخد. يک يا چند بازوي دسترسي، بسته به تعداد رويه ديسک، هد يا هدها را در امتداد شعاع به جلو و عقب مي برد و به اين ترتيب، اطلاعات روي هر شيار ( TRACK ) مي تواند خوانده شود .گنجايش اين ديسک ها بالاست[/font]
با آن که واژه حافظه را مي توان براي هر نوع وسيله ذخيره سازي به کار برد، اما بيشتر براي مشخص نمودن حافظه هاي سريع با قابليت ذخيره سازي موقت استفاده مي شود. زماني که پردازنده مجبور باشد براي بازيابي اطلاعات به طور دائم از هارد استفاده نمايد طبيعتاً سرعت عمليات آن کند خواهد شد. به طورکل از حافظه هاي متعددي به منظور نگهداري موقت اطلاعات استفاده مي شود. زماني که در حافظه هاي دائمي مانند هارد اطلاعاتي موجود باشد که پردازنده بخواهد از آنها استفاده نمايد بايد اطلاعات فوق از طريق حافظه RAM در اختيار پردازنده قرار گيرد و سپس اطلاعات مورد نياز خود را در حافظه Cache و دستور العمل هاي خاص عملياتي را در ريجيسترها ذخيره کند. همان طور که مي دانيد تمام عناصر سخت افزاري و نرم افزاري با يکديگر کار مي کنند و از زماني که سيستم روشن مي شود و تا زماني که خاموش مي شود، پردازنده به صورت دائم و پيوسته از حافظه استفاده مي کند.
حافظه رايانه بر اساس نوع آن از تعدادي خازن و ترانزيستور که در چند آي سي قرار گرفته، تشکيل شده است. براي ذخيره اطلاعات در حافظه، بعضي از ترانزيستورها در حالت قطع و برخي در حالت وصل قرار مي گيرند. خازن ها نيز در حالت شارژ و دشارژ قرار مي گيرند. در رايانه از چندين نوع حافظه استفاده مي شود:
[font=times new roman,times,serif]*Random Access Memory- RAM
اين نوع حافظه براي ذخيره سازي موقت اطلاعات رايانه در حالت کار با سيستم به کار مي رود.
*ROM- Read Only Memory
اين نوع حافظه، حافظه دائم است و از آن براي ذخيره سازي اطلاعات مهم استفاده مي شود.
* Caching
نوعي حافظه است که براي ذخيره اطلاعاتي که داراي فرکانس بازيابي بالا مي باشند استفاده مي شود.
* Basc Input/ Output System- BIOS
اين حافظه يک نوع حافظه ROM مي باشد که از اطلاعات آن جهت هر بار راه اندازي سيستم استفاده مي شود.
Virtual MEM
اين حافظه در زمان نياز عمليات جايگزيني را در حافظه RAM انجام مي دهد. در واقع فضايي بر روي هارديسک مي باشد که از آن براي ذخيره سازي موقت اطلاعات استفاده مي شود.
سرعت حافظه
سرعت تراشه هاي رم با مدت زمان لازم براي دسترسي به يک بيت از اطلاعات سنجيده مي شود. اين واحد با سرعت نانو ثانيه اندازه گيري مي شود. توجه داشته باشيد که سرعت حافظه هاي دي رم را با سرعت ساعت اندازه گيري مي کنند. سرعت تراشه هاي حافظه به طور عادي در محدوده 50 تا 120 نانوثانيه است. هر چه عدد بيان شده براي سرعت کم تر باشد حافظه سريع تر است. اين نوع حافظه ها از نظر سخت افزاري به گروه هاي زير تقسيم مي شوند:
انواع حافظه
حافظه SRAM حافظه اي با دستيابي تصادفي ايستا مي باشد که در آغاز براي Cache استفاده مي شد. اين حافظه از چندين ترانزيستور براي هر يک از سلول هاي حافظه خود استفاده مي نمايد. اين نوع حافظه قادر نيست مانند DRAM اطلاعات را به طور پيوسته بازخواني نمايد. هر يک از سلول هاي حافظه مادامي که منبع تأمين انرژي آنها فعال باشد داده هاي خود را ذخيره خواهد نمود. سرعت اين نوع حافظه ها بسيار بالا مي باشد.
چه ميزان حافظه مورد نياز است؟
ميزان حافظه مورد نياز بر اساس کاربردهاي متفاوت گوناگون مي باشد. براي استفاده از برنامه هاي خاص، نرم افزارهاي طراحي و انيميشن سه بعدي برنامه هاي سرگرم کننده و دستيابي به اينترنت هر يک نياز به حافظه خاصي دارد.
در واقع افزايش حافظه به نوع استفاده از رايانه مربوط مي گردد. به طور مثال سيستم عامل ويندوز 95 و يا 98 حداقل به 32 مگابايت حافظه نياز دارد. سيستم عامل ويندوز 2000 حداقل به 64 مگابايت، سيستم عامل لينوکس حداقل به 4 مگابايت، سيستم عامل اپل به 16 مگابايت و ويندوزXP به 64 مگابايت حافظه نياز دارد.
به هر وسيله که توانايي نگهداري اطلاعات را داشته باشد، حافظه مي گويند.
حافظه يکي از قسمت هاي ضروري و اساسي يک رايانه به شمار مي رود. همان طور که انسان براي نگهداري اطلاعات مورد نياز خود علاوه بر حافظه دروني خويش از ابزارهاي مختلف ديگري همانند کاغذ، تخته سياه، نوار ضبط صوت، نوار ويديو و ... استفاده مي کند رايانه هم مي تواند از انواع مختلف حافظه استفاده کند.
به طور کلي دو نوع حافظه داريم :
1- حافظه (اصلي) که به آن ( حافظه اوليه ) و ( دروني ) مي گويند .
2- حافظه (جانبي) که به آن (حافظه ثانويه) و (کمکي) مي گويند .
الف ) حافظه اصلي
کليه دستورالعمل ها و داده ها، براي اين که مورد اجرا و پردازش قرارگيرند اول بايد به حافظه اصلي رايانه منتقل گردند و نتايج پردازش نيز به آنجا فرستاده شود. حافظه اصلي رايانه از جنس نيمه هادي ( الکترونيکي ) است و در نتيجه، سرعت دسترسي به اطلاعات موجود در آنها در مقايسه با انواع ديگر حافظه بالاست و قيمت آن نيز گرانتر است. حافظه‌هاي اصلي نيز به دو دسته تبديل مي شوند ( ROM ، RAM ) .
حافظه فقط خواندني ( ROM)
Cpu معمولاً اطلاعات موجود در اين نوع حافظه را تغيير نميدهد، بلکه فقط مي تواند آن را بخواند. هنگام خاموش شدن نيز اين اطلاعات از بين نمي‌رود و ثابت مي ماند. برنامه BIOS که وظيفه آزمايش و راه اندازي قسمت هاي مختلف رايانه را به هنگام روشن شدن سيستم برعهده دارد در اين نوع حافظه قرار داده مي‌شود.
ساخت مدارهاي منطقي به کمک ROMوتراشه هاي مشابه
ROMوساختارهاي مشابه PROM وRAM از اعضاي مهم خانواده تراشه هاي قابل برنامه ريزي مي باشند. توسط ROM هر نوع تابع ترکيبي را مي توان بوجود آورد زيرا که اين تراشه در برگيرنده تمام عبارات حداقلي (Minterm ) مي باشد
ولي نکته اي که نبايد از نظر دور داشت اين است که استفاده از ROMاضافه بر کاهش سرعت سيستم در خيلي از مواقع ممکن است نوعي به هدر دادن منابع بوده و ازلحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نباشد چون کمتر مدارهايي وجود دارند که احتياج به استفاده از چنين آرايه هاي بزرگي داشته باشند.
در موارد زير استفاده از حافظه هاي مذکور به منظور پياده سازي مدارهاي منطقي مي تواند مفيد و مقرون به صرفه باشد.
الف: زماني که مسا له در ابتدا به صورت جدول درستي بيان شده باشد زيرا که محتويات جدول مذکور مستقيما قابل پياده شدن بر روي ROM مي باشد وهيچ نيازي به پردازش و ساده سازي صورت مساله نخواهد بود. جداول تبديل انواع رمزها به يکديگر(Look Up Tables) و کنترلرهاي ريز برنامه اي مثالهاي مناسبي از اين نوع مدارهاي منطقي مي باشند. در يک چنين حالاتي صحيح نخواهد بود که ساختاري که مستقيما قابل پياده شدن بر روي ROMاست را به هم زده و پردازش هاي گوناگون بر روي آن انجام دهيم به خاطر آن که بخواهيم جواب مساله را با استفاده از دريچه ها طراحي کرده و يا به عبارتي آن را به صورت مجموع حاصلضربهاي ساده شده درآوريم.
ب: زماني که تابع مورد نظر احتياج به عوامل حاصلضربي خيلي زياد داشته که بيش از امکانات PLD هاي موجود باشد يک چنين حالاتي معمولا در مورد توابع حسابي پيش مي آيد.
ج: مواردي که به منظور ساخت بلوکهاي منطقي تغيير پذير بوده و تعداد عوامل حاصلضربي مورد نياز در تغييرات آينده قابل پيش بيني نباشد،در اين مواقع استفاده ازحافظه ها يکي از راه حلهاي مناسب خواهد بود.
همانگونه که متذکر شديم، کاربرد مورد الف در تبديل رمزها به همديگر است. مثلا کامپيوترهاي بزرگ غالبا داده هاي خود را به صورت رمز EBCDIC به سمت دستگاههاي چاپگر مي فرستند. حال اگر بنا باشد از يک دستگاه چاپگر ارزان PC به جاي چاپگر ويژه بزرگ استفاده گردد بايد رمز داده هاي ارسالي را به ASCII تبديل نمود، در يک چنين موردي جدول درستي تبديلEBCDIC به ASCII مستقيما قابل پياده شدن بر روي ROM مي باشد. رمز EBCDIC به عنوان آدرس ROM و رمز ASCII به عنوان محتوياتROM به حساب خواهند آمد.
مثال ديگر از اين نوع ، تبديل رمز دودويي خالص Pure Binary داخلي سيستم هاي ميکروکنترلر به رمز BCD براي نمايش اطلاعات خروجي مي باشد. با توجه به مطالب بالا مي توانيم نتيجه گيري کنيم که در توابعي که خروجيها به صورت مشابه با محتويات و وروديها مشابه با وروديهاي آدرس حافظه ها باشند، اين تراشه ها نامزدهاي مناسبي براي پياده سازي توابع فوق الذکر مي باشند.
به عنوان مثال اگر منظور ساخت يک علامت الکتريکي رقمي متشکل از 16 وضعيت مختلف در يک پريود خود باشد، مي توان از يک ROM ، 16 خانه تک رقمي استفاده نمود. پريود موج توليد شده شانزده برابر زمان لازم براي خواندن داده ها از روي ROM خواهد بود. خطوط آدرس اين ROM ﺗﻮسط خروجي هاي يک شمارنده 16 حالتي طبيعي فرمان داده مي شوند.
نام ديگري که در چنين مواردي براي ROM مورد استفاده قرار مي گيرد، واژهPLE خلاصه شده عبارت Programmable Logic Element مي باشد. اين واژه به اين دليل براي ناميدن ROM مورد استفاده قرار مي گيرد، که ROM به صورت اصولي يک تراشه توليد توابع منطقي نيز مي باشد.
يک ابزار نرم افزاري به همين منظور، يعني کمک به پياده سازي مدارهاي منطقي به کمک ROM زماني به بازار عرضه گرديد که به نام' PLEASM'که خلاصه شده Programmable Logic Element Assemblerمي باشد، ناميده مي شد. اين ابزار خصوصيات طرح منطقي مورد نظر را به صورت معادلات دودويي و يا توابع حسابي قبول کرده و خروجي خود را به صورت جدول درستي که مستقيما قابل پياده شدن بر روي ROM و يا به عبارتي PLE باشد آماده مينمود. ROM ها را درابعاد و سرعتها و تکنولوژيهای مختلف ميسازند. انواع دو قطبي BIPOLAR آن با زمان دسترسي حدود 10 نانو ثانيه و گونه هاي CMOS آن با حداقل زمان دسترسي تقريبا چندين برابر اين مقدار در بازار وجود دارند. انواع قابل برنامه ريزي (PROM ) نيز وجود دارند که بعضي به توسط فيوزها برنامه ريزي مي شوند و قابل پاک شدن نيستند و بعضي ها هم به توسط اشعه ماورا بنفش قابل پاک شدن مي باشند که به آنها EPROM گفته مي شود.
در حافظه هاي PROMتمام ﺑﻴﺖ هاي کلمات در ابتدا برابر ١ هستند.براي داشتن صفر در کلمات حافظه مي باﻳﺴتي ﻳﻚ جرﻳان پالسي در خروجيROMبراي هر آدرس قرار داد بطوري که ﻓﻴوزي که داخلPROM قرار داردمي سوزد.در اﻳن صورت آن ﺑﻴتي که ﻓﻴوز آن سوخته است داراي اطلاعات صفر مي شود. به اﻳن ترﺗﻴب کاربر متناسب با ﻧﻴاز در آزماﻳﺸگاه خودPROM را برنامه رﻳزي مي کندو در هر کلمه حافظه PROMاطلاعات مورد نظر را قرار مي دهد. گونه هاي ديگري نيز وجود دارند که از لحاظ تکنيک ساخت و طرز کار ما بين ROM و RAM قرار مي گيرند که از آن جمله مي توان از:E2PROM=Electrically Erasable Programmable Read Only Memory و Flash Memory ها نام برد.
مختصري در مورد E2PROM و Flash Memory
استفاده از اين نوع حافظه ها که از نوع غير فرار'Nonvolatile 'بوده و يعني از اين لحاظ شبيه بقيه انواع ROM مي باشند، زماني به کار مي آيد که نياز باشد تراشه بدون برداشته شدن از روي مدارقابل برنامه ريزي مجدد باشد.
Flash Memory از لحاظ تکنولوژي ساخت تلفيقي از روشهاي ساخت حافظه هاي EPROM و E2PROM مي باشد ودر واقع مزاياي هر يک از حافظه هاي فوق الذکر را دارا مي باشد. Flash Memory ها مي توانند همانند E2PROM ها به صورت الکتريکي پاک شوند با اين تفاوت که اين ها بر خلاف E2PROM ها که خط به خط پاک مي شوند به صورت يک جا تمام محتويات آنها قابل پاک شدن مي باشد. و از اين لحاظ شبيه EPROM مي باشند. البته با اين تفاوت که نوع اخير توسط نور ماورا بنفش شديد در مدتي در حدود 15 الي 20 دقيقه پاک مي شود. در صورتي که اين عمل براي حافظه هاي از نوع Flash در يک لحظه خيلي کوتاه انجام مي پذيرد و کل عمل پاک کردن و برنا مه ريزي مجدد در عرض چند ثانيه قابل انجام است. بنابراين از اين لحاظ اين نوع حافظه سريعتر از E2PROM ها مي باشد.
نکته ديگري که قابل توجه است، اين که در اين نوع از حافظه احتياج به ايجاد پنجره شفاف جهت انجام عمل پاک کردن محتويات تراشه شبيه آنچه در EPROM موجود بود، نمي باشد و از اين لحاظ ساخت تراشه ارزانتر تمام خواهد شد. حافظه هاي E2PROM و Flash معمولا ولتاژ تغذيه ديگري علاوه بر تغذيه استاندارد 5 ولتي نيز دارند که در مورد حافظه هاي فوق الذکر اين ولتاژ در خيلي از مواقع حدود 12 ولت بوده و براي انجام عمل نوشتن و پاک کردن مورد استفاده قرار مي گيرد و با قطع آن محتويات داخلي تراشه ثابت خواهند ماند و به عبارتي در مقابل پاک شوندگي و يا تغييرات ناخواسته اتفاقي مصونيت پيدا خواهند کرد.
حافظه خواندني/ نوشتني( RWM / RAM )
همان طور که از نام اين نوع حافظه پيداست، واحد پردازشگر مي تواند هم در اين نوع حافظه بنويسد و هم از آنها بخواند. به طور کلي، برنامه ها و دستورالعملها و داده هايي در اين حافظه قرار مي گيرند که پردازشگر بخواهد بر روي آنها کاري انجام دهد. به اين نوع حافظه ها، (( حافظه فرار )) نيز مي گويند زيرا با قطع برق، محتويات آن ها از بين مي رود. RAM ها اغلباً دو نوع اند :
DRAM
(RAMديناميک ) : در اين نوع حافظه اطلاعات به طور اتوماتيک توسط رايانه Refresh مي شوند. به دليل چگالي
بيشتر داده ها و ارزان بودن RAM ديناميک پراستفاده است
SRAM
سرعت اين نوع حافظه بالاتر از نوعديناميک است. از اين نوع RAM در حافظه پنهان يا Cache که بين حافظه اصلي و پردازشگر قرار دارد، استفادهمي‌شود .
ب )حافظه جانبي
از حافظه جانبي براي ذخيره سازي دائمي اطلاعات استفاده مي‌شود. اين حافظه از عناصر غير الکترونيکي ساخته شده و قيمت آن ارزان و سرعت آن پايين است. براي اجراي يک برنامه از روي ديسک جانبي، اول بايد برنامه در حافظه اصلي ) RAM ) قرار گيرد و سپس توسط CPU مورد پردازش قرار گيرد .براي نگهداري اطلاعات اين نوع حافظه هيچ گونه انرژي مصرف نمي‌کند، اما براي ذخيره سازي و فراخواني اطلاعات نياز به انرژي دارد . به طور کلي حافظه جانبي دو نوع است : ( حافظه غير مغناطيسي و حافظه مغناطيسي )
1- حافظه غير مغناطيسي
1. کارت و نوار کاغذي : از کارت هاي منگنه شده و رنگ شده و نوارهاي کاغذي سوراخ شده (پانچ)، به عنوان محلي براي ذخيره اطلاعات استفاده مي‌شود مانند پاسخ کارت کنکور. اين حافظه توسط دستگاهي به نام کارت خوان خوانده مي‌شود و سپس اطلاعات به حا فظه کامپوتر منتقل مي‌شود.
2. ديسک نوري ( Optical Disk) : ديسک هاي نوري نوع ديگري از حافظه‌هاي غير مغناطيسي است. براي خواندن و نوشتن اطلاعات در اين نوع ديسک ها ،از اشعه ليزر استفاده مي‌شود.
CD.3 :
اين ديسک ها از صفحه دايره شکلي به قطر 12 سانتيمتر ساخته شده‌اند و مي توانند تاحدود 700 مگا بايت اطلاعات را نگهداري کنند. به نوع متداول آن که فقط قابل خواندن است CD-ROM مي گويند. بر نوع ديگري که به CD-R معروف است مي توان با استفاده از CD-Recorder يک بار اطلاعات وارد کرد و با استفاده از ديسک گردان هاي CD-Rewriter بارها بر روي CD-RW اطلاعات نوشت و پاک کرد.
DVD.4 :
نوع جديدتري از ديسک هاي نوري به نام DVD-ROM در حال گسترش است. اين ديسک، ظاهر و اندازه‌اي شبيه سي – دي دارد، ولي براي آن ظرفيت هاي 4/5 GB ( يک رو – يک لايه ) 7/9 (يک رو – دو لايه ) 15/8 ( دورو – دولايه ) در نظر گرفته شده است .
3 - حافظه مغناطيسي
در اين نوع حافظه ها، مي توان اطلاعات را به صورت نقاط مغناطيس شده نوشت ( ذخيره کرد) و يا خواند ( باز يابي نمود). اين اعمال، به وسيله شاخک هاي خاصي که به آنها هد مي گويند، انجام مي پذيرد. هد از يک سيم پيچ هسته دار کوچک تشکيل شده است .
الف ) نوار مغناطيسي :
نوار مغناطيسي از يک نوار پلاستيکي که روي آن از يک ماده مغناطيس شونده مثل اکسيد آهن پوشانده اند، تشکيل شده است (شبيه نوار ضبط صوت با پهناي بيشتر ). اين نوارها امروزه به صورت کارتريج و در گذشته به صورت حلقه‌اي مورد استفاده قرار مي گرفته است. دسترسي به اطلاعات اين حافظه ها دسترسي ترتيبي است .يعني به ترتيب اطلاعات بايد بگذرند تا به اطلاعات مورد نظر برسيم، مثل نوار کاست.
ب)ديسک مغناطيسي :
ديسک هاي مغناطيسي صفحات گرد پلاستيکي، فلزي يا سراميکي هستند که سطح انها به وسيله ماده مغناطيس شونده مثل اکسيد آهن پوشانيده مي‌شود .اگر جنس ديسک مغناطيسي شده، پلاستيک باشد به آن ديسک نرم ( Floppy Disk) و اگر فلز يا سراميک باشند به آن ديسک سخت (Hard Disk) مي گويند. دسترسي در اين ديسک ها مستقيم است يعني هر اطلاعاتي را که خواستيم بتوانيم آن را از روي سطح ديسک انتخاب کنيم. همانند دسترسي به تراک هاي يک MP۳. که سرعت اينگونه دسترسي بالاست.
1-ديسک نرم (Floppy Disk) :
اين نوع ديسک ها قابل حمل است. امروزه اندازه استاندارد آن ۳٫۵ اينچ است. براي محافظت از آنها، ديسکت ها را در پوشش هايي به شکل مربع و از جنس پلاستيک سخت قرارمي دهند.
اگر دکمه حفاظت در مقابل نوشتن بسته باشد مي توان روي ديسک نوشت و اگر باز باشد اين کار امکان‌پذير نيست. ظرفيت معمولي اين ديسک ها ۱٫۴۴MB است. نوع ۲٫۸۸MB آن هم وجود دارد اما متداول نيست. در ديسک گردان هاي ۱٫۴۴ نمي‌توان ديسک هاي ۲٫۸۸ را خواند، اما در ديسک گردان هاي ۲٫۸۸ مي توان از ديسکت هاي ۱٫۴۴ استفاده کرد. ديسک گردان شکافي دارد که ديسک روي آن قرار مي گيرد، سپس ديسک گردان، ديسک را با سرعت ۳۰۰ دور در دقيقه مي چرخاند .ظرفيت ديسک هاي مغناطيسي به سطح مفيد و چگالي داده ها بستگي دارد. اولين ديسکت ها داراي چگالي مغناطيسي اندکي بوده‌اند که به اختصار به آنها SS-DD (يک رويه – چگالي مضاعف ) مي گفتند. چندي بعد کارخانه‌هاي سازنده، ديسک هاي دورويه (DS) را ساختند که پس از آن ديسک هاي ساخته شده به اين مدل ها هستند :
علامت اختصاري توضيح ظرفيت
DS - DD دورويه – چگالي مضاعف ۷۲۰ KB
DS - HD دورويه – چگالي بالا ۱٫۴۴ MB
DS - ED دورويه – چگالي خيلي بالا ۲٫۸۸ MB
۲.ديسک سخت (Hard Disk) :
ديسک سخت يا هارد ديسک از يک يا چند صفحه گرد، از جنس آلياژهاي آلومينيوم يا سراميک تشکيل شده است که بر روي يک محور درون محفظه‌اي بسته ( ديسک گردان ) قرار دارند .اين صفحه يا صفحه ها به وسيله موتوري، حول محور ديسک گردان با سرعتي در حدود چند هزار دور در دقيقه مي چرخد. يک يا چند بازوي دسترسي، بسته به تعداد رويه ديسک، هد يا هدها را در امتداد شعاع به جلو و عقب مي برد و به اين ترتيب، اطلاعات روي هر شيار ( TRACK ) مي تواند خوانده شود .گنجايش اين ديسک ها بالاست[/font]