حافظه ها و انواع آنها

شما با حافظه های مختلفی سروکار دارید بنابراین بهتر است بدانید در طول روز با چند نوع از آنها برخورد میکنید، میدانید که کامپیوترهایی که شما با آنها کار میکنید حتما دارای حافظه میباشند. چیزی که ممکن است ندانید این میباشد که بسیاری از دستگاهای الکترونیکی که در روز با انها سر کار دارید دارای نوعی حافظه میباشد. بطور مثال :

  • موبایل ها
  • تبلت ها
  • کنسولهای بازی
  • رادیو ماشین
  • تلویزیونها
  • دستگاهای بخش خانگی

هرکدام از این دستگاه ها از نوعی حافظه استفاده میکند .

به زبان ساده تر ، حافظه به چه معناست ؟

در علوم رایانه، به هر وسیله که توانایی نگهداری اطلاعات را داشته باشد، حافظه می‌گویند. حافظه‏ های رایانه تنوع بسیار گسترده‏ای از نظر نوع، فناوری، عملکرد و قیمت در میان دیگر اجزای رایانه دارند، زیرا هیچ کدام از فناوری‏های موجود در ساخت حافظه ها، به‏ تنهایی قادر نیست همه ‏ی نیازهای کاربران رایانه‏ها را به صورت بهینه برآورده کند. بنابراین هر سیستم رایانه ای با سلسله مراتبی از انواع حافظه ها مجهز میشود تا تمام فرایندهای رایانه را به صورت بهینه پاسخ دهد.

دسته بندی حافظه های رایانه ای :

حافظه ی اصلی (اولیه – درونی): محل قرارپیری این نوع حافظه ها در رون رایانه می باشدکه برای اجرای برنامه به طور مستقیم به وسیله ی پردازنده مورد استفاده قرار می گیرند.

حافظه ی جانبی (ثانویه – خارجی): محل قرارگیری آنها خارج از رایانه است که برای نگهداری داده ‏ها و اطلاعات پرونده‏ها برای مدت زمان طولانی به کار می‏روند که از طریق ماژولهای ورودی/ خروجی برای پردازنده قابل دسترس باشند.

خارج از رایانه: حافظه هایی که ارتباط با سایر اجزای رایانه به خصوص پردازنده، نیاز به یک واسط یا کنترلر دارد، مانند دیسک سخت یا حافظه‏ی FLASH .

 ویژگی های مهم حافظه :

برای شناخت بیشتر و بهتر حافظه ها آن ها را در دسته بنده های مختلفی معرفی میکنیم. تعدادی از این ویژگی ها عبارت اند از:

حافظه ی نامانا( Non Volatile) و مانا (Volatile) :

حافظه‏ه ایی که با قطع جریان برق داده‏ های آن ها از بین می روند، حافظه های نامانا  و آنهایی که با قطع جریان برق داده ‏های خود را حفظ می کنند مانا هستند. حافظه های اصلی اغلب نامانا و حافظه های جانبی مانا هستند.

محل استقرار حافظه :

محل قرارپیری حافظه در داخل و یا خارج از رایانه را میگویند. حافظه‏ های داخلی را اغلب حافظه ‏ی اصلی می‏گویند که انواع مختلفی دارد. حافظه‏ ی خارجی را اغلب حافظه‏ ی جانبی می گویند که تنوع زیادی دارد.

ظرفیت حافظه :

حجم اطلاعات و داده هایی که میتوان در حافظه دخیره نمود را ظرفیت آن میگویند. هما نطور که در بخش های گذشته اشاره شد، کوچکترین واحد حافظه را کلمه گویند. کلمه می تواند یک عدد یا یک دستورالعمل باشد و اندازه‏ ی آن به طور معمول برابر با بیت های به کار رفته برای نمایش آن است (البته استثناهای زیادی در این رابطه در سیستم های رایانه ای گذشته وجود داشته است). بنابراین ظرفیت حافظه متناسب با تعداد بیت های یک کلمه و تعداد آن ها در یک حافظه است.

آدرس دهی حافظه :

حافظه ها هر کدام به خانه هایی تقسیم بندی می شوند که هرکدام از آن ها محل نگهداری یک نوع اط اطلاعات می باشد. برای خواندن و یا نوشتن داده ها در یک خانه‏ ی حافظه، نیاز به آدرس آن خانه است. هر حافظه یک شیوه‏ی آدرس دهی دارد که به کمک آن، خانه‏ های حافظه مورد دستیابی قرار می‏گیرند.

رو شهای دستیابی به داده‌های حافظه :

یکی از ویژگی‏های اساسی حافظه ها، رو ش‌های دستیابی به واحدهای داده است. در واقع هرحافظه براساس فناوری تولید و اجزای تشکیل دهنده‏ ی آن، شیوه ی خاصی برای دسترسی به خانه هایش دارد. تعدادی از این روش ها عبارت اند از:

  • دستیابی ترتیبی
  • دستیابی مستقیم
  • دستیابی تصادفی
  • دستیابی انجمنی

دستیابی ترتیبی: در این روش ساختار ذخیره سازی داده‏ ها در حافظه به گونه‏ ای است که برای دستیابی به هر سلول از حافظه، باید از خانه های مختلفی که قبل از سلول داده ‏ی مورد نظر است، عبور کرده و بعد از رسیدن به سلول مربوط، داده را از آن خواند یا در آن نوشت. در این روش حافظه به صورت واحدهایی از داده که به آن رکورد داده می گویند، سازماندهی میشود.

برای دستیابی به هر رکورد از داده باید رکوردهای قبل از آن خوانده شود و بعد از رسیدن به رکورد مورد نظر، کار خواندن یا نوشتن در حافظه انجام شود. در حقیقت زمان دستیابی به هر داده در این حافظه به فاصله ی مکانی که داده در آن قرار گرفته، تا هد دستگاه بستگی دارد. نوار مغناطیسی  از این نوع حافظه است.

دستیابی مستقیم: در این روش، حافظه به صورت بلوک‌هایی از داده سازماندهی میشود. هر بلوک شامل چند بایت است که دارای آدرس منحصر به فرد است. برای دستیابی به داده ‏ی مورد نظر فقط باید به بلوکی که داده در آن واقع است، مراجعه کرد و در آن بلوک، داده به صورت ترتیبی بازیابی می شود و نیازی به پیمودن کل حافظ هی ماقبل داده ی مورد نظر نیست.

در واقع می توان گفت دستیابی مستقیم ترکیبی از دستیابی ترتیبی و دستیابی تصادفی است که در آن به دلیل آدر س دهی برای هر بلوک، زمان دستیابی به داده، به فاصله ی مکانی محل قرارگیری داده نسبت به اولین داده ی بلوک مورد نظر، بستگی دارد. هد دستگاه در ابتدا به طور مستقیم به آدرس بلوک مراجعه میکند، سپس آن بلوک را برای پیدا کردن داد هی مورد نظر می پیماید. در این روش، زمان دستیابی به خانه‏های حافظه کمتر از دستیابی ترتیبی است. دیسک سخت از این نوع حافظه است.

دستیابی تصادفی: فناوری ساخت حافظه هایی با دستیابی تصادفی به سیستم این اجازه را می دهد تا برای هر بایت از حافظه یک آدرس منحصر به فرد در نظر بگیرد. در این حافظه روش ذخیره سازی داده به گونه ای است که بتوان بدون نیاز به عبور از بخش های مختلف حافظه، هر سلول آن را خواند یا نوشت. با توجه به آدرس منحصر به فردی که به هر مکانی از حافظه داده میشود می توان به مکان مورد نظر به طور مستقیم دسترسی پیدا کرد. به همین دلیل هر مکانی از حافظه را می توان به طور تصادفی انتخاب کرد و به آن یک آدرس منحصر به فرد داد و براساس همان آدرس، به داده‏های آن دسترسی پیدا کرد.

با توجه به شیوه ی آدرس دهی این حافظه ها، زمان دستیابی به هر مکان از حافظه، مستقل از محل قرار گرفتن داده در حافظه است و زمان ثابتی دارد. در این روش، زمان دستیابی به خانه های حافظه کمتر از دستیابی ترتیبی و دستیابی مستقیم است. حافظه‏ی اصلی(شکل ۳) از این نوع حافظه است.

دستیابی انجمنی:  این دستیابی مانند دستیابی تصادفی است با این تفاوت که در آن هر مکان از حافظه به طور کامل براساس آدرس آن دستیابی نمیشود و برای دسترسی به خانه ‏های این حافظه، محتوای آن نیز بررسی می گردد. در این نوع حافظه نیز دسترسی به هر مکان از حافظه، مدت زمان ثابتی دارد و کمتر از زمان دستیابی تصادفی است. حافظه های نهان (cash) از این نوع هستند.

کارایی حافظه :

از دیدگاه کاربران دو مشخصه ی مهم حافظه، ظرفیت و کارایی هستند. کارایی حافظه‏ ها سه ویژگی به شرح زیر دارد:

  • زمان دستیابی :

این زمان مربوط به انجام عمل خواندن یا نوشتن است. یعنی فاصل هی زمانی، از لحظه‏ ای که آدرس در حافظه وارد میشود تا لحظه ای که داده در آن ذخیره و یا روی گذرگاه داده(درمورد خواندن) قرار می گیرد.

  • سیکل حافظه

زمانی که طول می کشد تا گذرگاه آدرس وضعیت گذاری شود، به علاوه زمان دستیابی به داده را سیکل حافظه می نامند .

  • سرعت انتقال داده

مقدار بایت های ارسالی و یا دریافتی در هر ثانیه را سرعت انتقال داده می گویند. این سرعت به طورکامل به مدت زمان سیکل حافظه بستگی دارد. هر چه زمان این سیکل کم باشد سرعت انتقال بالاتر است و بالعکس، هر چه زمان سیکل بیشتر باشد داده ی کمتری در واحد زمان قابل دستیابی است و سرعت انتقال کمتر میشود. پس می توان گفت که سرعت انتقال با زمان سیکل حافظه رابطه‏ ی معکوس دارد. در واقع تعداد دفعاتی را که سیکل حافظه در یک ثانیه قابل تکرار شدن است، سرعت انتقال داده در یک حافظه گویند.

جدول زیر ویژگی‏های انواع حافظه ها را نشان می دهد.

براساس فناوری ساخت، حافظه ها به انواع مختلفی تقسیم میشوند. هر فناوری دارای مزایا و معایب خاص خود است. هرم حافظه ها  تلاش کرده است که حافظه ها را براساس سرعت دستیابی به داده، دسته بندی کند.

به دلیل بالا بودن سرعت پردازنده ها، باید داده ها را با سرعت بالا و به مقدار زیاد در اختیار داشته باشد. ذخیره سازهای ثانویه مانند دیسک سخت و دیسک های نوری و… به دلیل سرعت کمی که دارند نمی توانند پاسخگوی نیازهای پردازنده باشند و داده‌ی مورد نظر آن را با سرعت بالا تأمین کنند. به همین دلیل تلاش شده است تا تعدادی حافظه های موقت ولی با سرعت بیشتر و نزدیک به سرعت پردازنده، طراحی و در اختیار پردازنده قرار دهند. در این هرم هر چه قدر حافظه ‏ی مورد نظر به پردازنده نزدیک تر باشد، سرعت انتقال داد ه ی بیشتری دارد و به طور طبیعی این سرعت بالا مستلزم هزینه‏ ی بیشتری است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *