هر کامپیوتر دارای رم است، چه در یک پردازنده تعبیه شده باشد و چه روی یک برد مدار اختصاصی متصل به سیستم، دستگاه های محاسباتی به سادگی بدون آن کار نمی کنند. رم یک شاهکار حیرت انگیز مهندسی دقیق است و با این حال هر ساله در مقادیر حماسی تولید می شود. شما می توانید میلیاردها ترانزیستور را در آن بشمارید، اما RAM تنها از چند وات توان استفاده می کند. با توجه به اهمیت رم، یک تشریح مناسب ضروری است.رم یک شاهکار حیرت انگیز مهندسی دقیق است و با این حال هر ساله در مقادیر حماسی تولید می شود. زمان آن است که دقیقاً در همان سلول هایی که حافظه امروزی را تشکیل می دهند، بگردیم و ببینیم که همه اینها چگونه کار می کند.در این مقاله به ساختار RAM می پردازیم:
RAM-eo
پردازنده ها باید بتوانند خیلی سریع به داده ها و دستورالعمل ها دسترسی داشته باشند تا بتوانند نرم افزار را در حالت فشرده نگه دارند. آنها همچنین باید این کار را به گونه ای انجام دهند که اگر به طور تصادفی یا غیرمنتظره درخواست شد، عملکرد خیلی تحت تأثیر قرار نگیرد. به همین دلیل RAM -به معنی مخفف حافظه با دسترسی تصادفی – واقعاً در رایانه مهم است.
دو نوع اصلی رم وجود دارد:
استاتیک و پویا یا به اختصار SRAM و DRAM.
ما بر روی DRAM تمرکز خواهیم کرد، زیرا SRAM فقط در داخل پردازندهها مانند CPU یا GPU استفاده میشود.
پس کجا می توانیم DRAM را در رایانه های شخصی خود پیدا کنیم و چگونه کار می کند؟
اکثر مردم رم را می شناسند زیرا انبوهی از رم درست در کنار CPU وجود دارد. این گروه از DRAM اغلب با نام حافظه سیستم خوانده می شود، اما نام بهتر آن حافظه CPU است، زیرا ذخیره اصلی برای داده های کار و دستورالعمل های پردازنده است.همانطور که در تصویر بالا می بینید، DRAM روی بردهای مدار کوچکی قرار دارد که به مادربرد متصل می شوند. هر برد معمولاً DIMM یا UDIMM نامیده می شود که مخفف ماژول حافظه داخلی دوگانه (U unbuffered) است. معنی آن را بعداً توضیح خواهیم داد، اما در حال حاضر این واضح ترین رم در هر رایانه شخصی است. نیازی به سرعت فوق العاده نیست، اما رایانه های شخصی مدرن برای مقابله با برنامه های بزرگ و مدیریت صدها فرآیندی که در پس زمینه اجرا می شوند به فضای حافظه زیادی نیاز دارند.
نیازی به سرعت فوق العاده نیست، اما رایانه های شخصی مدرن برای مقابله با برنامه های بزرگ و مدیریت صدها فرآیندی که در پس زمینه اجرا می شوند به فضای حافظه زیادی نیاز دارند. قسمت بعدی که مجموعه ای از تراشه های حافظه را به کار می برد معمولاً کارت گرافیک است. به DRAM فوق العاده سریع خودش نیاز دارد، زیرا رندر سه بعدی منجر به دسترسی و نوشتن حجم عظیمی از داده ها می شود. این نوع DRAM به گونه ای طراحی شده است که به روشی کمی متفاوت از نوع مورد استفاده در حافظه سیستم کار می کند. در اینجا میتوانیم GPU را ببینیم که توسط ۱۲ صفحه کوچک احاطه شده است اینها تراشههای DRAM هستند. به طور خاص، آنها نوعی حافظه به نام GDDR5X هستند که بعداً به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
کارت های گرافیک به اندازه CPU به حافظه نیاز ندارند، اما هنوز هزاران مگابایت حجم دارند.همه دستگاههای رایانه به این مقدار نیاز ندارند: دیسکهای سخت به مقدار کمی RAM، به طور متوسط ۲۵۶ مگابایت، نیاز دارند تا دادهها را قبل از نوشتن روی درایو با هم گروهبندی کنند.
در این تصاویر، ما میتوانیم برد مدار را از یک HDD (سمت چپ) و یک SSD (راست) ببینیم، جایی که تراشه DRAM در هر دو نمونه برجسته شده است. توجه داشته باشید که این فقط یک تراشه است. ۲۵۶ مگابایت این روزها رم زیادی نیست، بنابراین یک تکه سیلیکون تنها چیزی است که لازم است.
هنگامی که متوجه شدید که هر جزء یا ابزار جانبی که پردازش را انجام می دهد به رم نیاز دارد، به زودی آن را در داخل هر رایانه شخصی خال خالی خواهید دید. کنترلرهای SATA و PCI Express از تراشه های کوچک DRAM استفاده می کنند. رابط شبکه و کارت های صدا نیز مانند پرینترها و اسکنرها دارای آن هستند.وقتی همه جا آن را می بینید کمی خسته کننده به نظر می رسد. اگر فکر می کنید که این فقط مانند مزارع کشاورزی به نظر می رسد که توسط جاده های مسیردار به هم متصل شده اند، پس از اینکه واقعاً چه چیزی وجود دارد دور نیستید! به جای ذرت یا گندم، مزارع در یک DRAM بیشتر از دو جزء الکترونیکی تشکیل شده است:
۱٫یک سوئیچ، به شکل ماسفت (ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلز)
۲٫مقداری ذخیره سازی که توسط یک خازن ترانشه اداره می شود.
آنها با هم چیزی را تشکیل می دهند که سلول حافظه نامیده می شود و هر یک ۱ بیت داده را ذخیره می کند. یک نمودار مدار بسیار خشن برای سلول در زیر نشان داده شده است :
خطوط آبی و سبز نشان دهنده اتصالاتی هستند که ولتاژی را به ماسفت و خازن اعمال می کنند. از اینها برای خواندن و نوشتن داده ها در سلول استفاده می شود و خط عمودی (خط بیت) همیشه ابتدا روشن می شود.
خازن سنگر اساساً به عنوان یک سطل عمل می کند و با بار الکتریکی پر می شود . حالت خالی/پر آن ۱ بیت داده را به شما می دهد: ۰ برای خالی، ۱ برای پر. با وجود تمام تلاش مهندسان، خازن ها نمی توانند این شارژ را برای همیشه حفظ کنند و به مرور زمان از بین می رود. این بدان معناست که هر سلول حافظه منفرد باید به طور منظم بین ۱۵ تا ۳۰ بار در ثانیه تجدید شود، اگرچه این فرآیند به خودی خود بسیار سریع است: فقط چند نانوثانیه برای مجموعه ای از سلول ها لازم است. متأسفانه، سلولهای زیادی در یک تراشه DRAM وجود دارد و در حین شارژ کردن حافظه، نمیتوان آن را خواند یا نوشت.مانند شکل زیر چندین سلول به هر خط متصل می شوند.
یک ردیف کامل از سلول های حافظه، صفحه نامیده می شود و طول آن بین انواع و پیکربندی های DRAM متفاوت است. یک صفحه طولانیتر بیتهای بیشتری خواهد داشت، اما برای کارکرد آن به برق بیشتری نیاز است. صفحات کوتاهتر انرژی کمتری مصرف میکنند، اما فضای ذخیرهسازی کمتری دارند. با این حال، یک عامل مهم دیگر وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. هنگام خواندن یا نوشتن از/به تراشه DRAM، اولین گام در فرآیند فعال کردن کل صفحه است. ردیف بیت ها (رشته ای از ۰ و ۱) در یک بافر ردیفی ذخیره می شوند که در واقع مجموعه ای از تقویت کننده ها و لچ ها به جای حافظه بیشتر است. سپس ستون مورد نیاز فعال می شود تا داده های مربوطه را از این بافر خارج کند.
اگر صفحه خیلی کوچک است، ردیفها باید بیشتر فعال شوند تا درخواستهای داده را برآورده کنند. از سوی دیگر، یک صفحه بزرگ اساساً پایگاه های بیشتری را پوشش می دهد، بنابراین نیازی به فعال سازی آن ها نیست. حتی اگر یک ردیف طولانی به قدرت بیشتری نیاز دارد و به طور بالقوه پایدارتر است، بهتر است بزرگترین صفحاتی را که می توانید دریافت کنید داشته باشید. شرکتهای تولید کننده حافظه، چندین تراشه DRAM را میگیرند و آنها را روی یک برد مدار که DIMM نامیده میشود، کنار هم قرار میدهند. اگرچه D مخفف دوگانه است، اما به این معنی نیست که دو مجموعه از تراشهها وجود دارد – بلکه به تماسهای الکتریکی در امتداد پایین برد اشاره دارد که از هر دو طرف برای جابجایی ماژولها استفاده میشود.
مطالب مرتبط: