MAHDIAR
21st October 2009, 12:38 PM
(:|(:|;)@};-;)){wave}{thumbs down}:-??(:|آشنایی با حافظه تصادفی (ram)
http://www.aftab.ir/articles/computer_internet_infortmation_technology/hardware/images/319b4135a17114696afdc24ba2258834.jpg
حافظه RAM(Random Access memory)شناخته ترین نوع حافظه در دنیای كامپیوتر است. روش دستیابی به این نوع از حافظه ها تصادفی است. چون می توان به هر سلول حافظه مستقیما دستیابی پیدا كرد. در مقابل حافظه های RAM ، حافظه های SAM(serial Access memory) وجود دارند.
حافظه های SAM اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخیره و صرفا امكان دستیابی به آنها بصورت ترتیبی وجود خواهد داشت. ( نظیر نوار كاست ) در صورتی كه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر یك از سلول های حافظه به ترتیب بررسی شده تا داده مورد نظر پیدا گردد. حافظه های SAM در مواردی كه پردازش داده ها الزاما بصورت ترتیبی خواهد بود مفید می باشند ( نظیر حافظه موجود بر روی كارت های گرافیك ). داده های ذخیره شده در حافظه RAM با هر اولویت دلخواه قابل دستیابی خواهند بود.
● مبانی حافظه های RAM
حافظه RAM، یك تراشه مدار مجتمع (IC) بوده كه از میلیون ها ترانزیستور و خازن تشكیل شده است. در اغلب حافظه ها با استفاده و بكارگیری یك خازن و یك ترانزیستور می توان یك سلول را ایجاد كرد. سلول فوق قادر به نگهداری یك بیت داده خواهد بود.
خازن اطلاعات مربوط به بیت را كه یك و یا صفر است، در خود نگهداری خواهد كرد. عملكرد ترانزیستور مشابه یك سوییچ بوده كه امكان كنترل مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخیره شده در خازن و یا تغییر وضعیت مربوط به آن، فراهم می نماید. خازن مشابه یك ظرف (سطل) بوده كه قادر به نگهداری الكترون ها است.
به منظور ذخیره سازی مقدار «یك» در حافظه، ظرف فوق می بایست از الكترون ها پر گردد. برای ذخیره سازی مقدار صفر، می بایست ظرف فوق خالی گردد. مساله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است (وجود سوراخ در ظرف) بدین ترتیب پس از گذشت چندین میلی ثانیه یك ظرف مملو از الكترون تخلیه می گردد.
بنابراین بمنظور اینكه حافظه بصورت پویا اطلاعات خود را نگهداری نماید، می بایست پردازنده و یا كنترل كننده حافظه قبل از تخلیه شدن خازن، مكلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری مقدار یك باشند. بدین منظور كنترل كننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا اطلاعات را بازنویسی می نماید. عملیات فوق (Refresj)، هزاران مرتبه در یك ثانیه تكرار خواهد شد. علت نامگذاری DRAM بدین دلیل است كه این نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات بصورت پویا خواهند بود. فرآیند تكراری بازخوانی/ بازنویسی اطلاعات در این نوع حافظه ها باعث می شود كه زمان تلف و سرعت حافظه كند گردد.
سلول های حافظه بر روی یك تراشه سیلیكون و بصورت آرائه ای مشتمل از ستون ها (خطوط بیت) و سطرها (خطوط كلمات) تشكیل می گردند. نقطه تلاقی یك سطر و ستون بیانگر آدرس سلول حافظه است.
حافظه های DRAMبا ارسال یك شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزیستور در هر بیت ستون، خواهند شد. در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعیتی خواهند شد كه خازن می بایست به آن وضعیت تبدیل گردد.
در زمان خواندن Sense-amplifier سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گیری می نماید. در صورتیكه سطح فوق بیش از پنجاه درصد باشد مقدار یك خوانده شده و در غیراینصورت مقدار صفر خوانده خواهد شد. مدت زمان انجام عملیات فوق بسیار كوتاه بوده و بر حسب نانوثانیه ( یك میلیاردم ثانیه ) اندازه گیری می گردد. تراشه حافظه ای كه دارای سرعت ۷۰ نانوثانیه است ، ۷۰نانو ثانیه طول خواهد كشید تا عملیات خواندن و بازنویسی هر سلول را انجام دهد.
سلول های حافظه در صورتیكه از روش هایی بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمایند، به تنهایی فاقد ارزش خواهند بود. بنابراین لازم است سلول های حافظه دارای یك زیرساخت كامل حمایتی از مدارات خاص دیگر باشند.
▪ مدارات فوق عملیات زیر را انجام خواهند داد:
الف)مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون )
ب) نگهداری وضعیت بازخوانی و باز نویسی داده ها ( شمارنده )
ج) خواندن و برگرداندن سیگنال از یك سلول ( Sense-amplifier)
د) اعلام خبر به یك سلول كه می بایست شارژ گردد و یا ضرورتی به شارژ وجود ندارد ( Write enable )
هـ) سایر عملیات مربوط به كنترل كننده حافظه شامل مواردی نظیر: مشخص نمودن نوع سرعت ، میزان حافظه و بررسی خطاء است. حافظه های SRAM دارای یك تكنولوژی كاملا متفاوت می باشند. در این نوع از حافظه ها از فلیپ فلاپ برای ذخیره سازی هر بیت حافظه استفاده می گردد. یك فلیپ فلاپ برای یك سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزیستور استفاده می كند. حافظه هایSRAM نیازمند بازخوانی / بازنویسی اطلاعات نخواهند بود، بنابراین سرعت این نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه هایDRAMبیشتر است.
با توجه به اینكه حافظه هایSRAM از بخش های متعددی تشكیل می گردد، فضای استفاده شده آنها بر روی یك تراشه بمراتب بیشتر از یك سلول حافظه از نوع DRAMخواهد بود. در چنین مواردی میزان حافظه بر روی یك تراشه كاهش پیدا كرده و همین امر می تواند باعث افزایش قیمت این نوع از حافظه ها گردد. بنابراین حافظه هایSRAM سریع و گران و حافظه های DRAMارزان و كند می باشند. با توجه به موضوع فوق ، از حافظه هایSRAM بمنظور افزایش سرعت پردازنده ( استفاده از (Cache و از حافظه های DRAM برای فضای حافظه RAM در كامپیوتر استفاده می گردد.
● ماژول های حافظه
تراشه های حافظه در كامییوترهای شخصی در آغاز از یك پیكربندی مبتنی برpin با نام (Dual line) DIPpankagoاستفاده می كردند. این پیكربندی مبتنی بر پین، می توانست لحیم كاری درون حفره هایی برروی برداصلی كامپیوتر و یا اتصال به یك سوكت بوده كه خود به برد اصلی لحیم شده است. همزمان با افزایش حافظه ، تعداد تراشه های مورد نیاز، فضای زیادی از برد اصلی را اشغال می كردند. از روش فوق تا زمانیكه میزان حافظه حداكثر دو مگابایت بود ، استفاده می گردید.
راه حل مشكل فوق، استقرار تراشه های حافظه به همراه تمام عناصر و اجزای حمایتی در یك برد مدار چاپی مجزا (printed circut board) بود.
برد فوق در ادامه با استفاده از یك نوع خاص از كانكتور ( بانك حافظه ) به برد اصلی متصل می گردید. این نوع تراشه ها اغلب از یك پیكربندی pin با نام soj (small outline j-lead) استفاده می كردند. برخی از تولیدكنندگان دیگر كه تعداد آنها اندك است از پیكربندی دیگری با نامthin small tsop (outline pachage استفاده می نمایند.
تفاوت اساسی بین این نوع پین های جدید و پیكربندی DIPاولیه در این است كه تراشه های SOJ وTSORبه صورت surface-mountedدرPCBهستند. به عبارت دیگر پین ها مستقیما به سطح برد لحیم خواهند شد. ( نه داخل حفره ها و یا سوكت ).
تراشه های حافظه از طریق كارتهایی كه ماژول نامیده می شوند قابل دستیابی و استفاده می باشند. شاید تاكنون با مشخصات یك سیستم كه میزان حافظه خود را بصورت ۳۲*۸, یا ۱۶*۴ اعلام می نماید، برخورده كرده باشید. اعداد فوق تعداد تراشه ها ضربدر ظرفیت هر یك از تراشه ها را كه بر حسب مگابایت اندازه گیری می گردند، نشان می دهد.
بمنظور محاسبه ظرفیت، می توان با تقسیم نمودن آن بر هشت میزان مگابایت را بر روی هر ماژول مشخص كرد. مثلا یك ماژول ۳۲*۴ ، بدین معنی است كه ماژول دارای چهار تراشه ۳۲مگابیتی است. با ضرب ۴در ۳۲عدد ۱۲۸ (مگابایت) به دست می آید. اگر عدد فوق را بر هشت تقسیم نماییم به ظرفیت۱۶ مگابایت خواهیم رسید.
نوع برد و كانكتور استفاده شده در حافظه های RAM، طی پنج سال اخیر تفاوت كرده است. نمونه های اولیه اغلب بصورت اختصاصی تولید می گردیدند. تولید كنندگان متفاوت كامپیوتر بردهای حافظه را بگونه ای طراحی می كردند كه صرفا امكان استفاده از آنان در سیستم های خاصی وجود داشت. در ادامه Line memoru simm (singie in)مطرح گردید. این نوع از بردهای حافظه از۳۰ پین كانكتور استفاده كرده و طول آن حدود ۵/۳ اینچ و عرض آن یك اینچ بود ( یازده سانتیمتر در ۵/۲ سانتیمتر ).
در اغلب كامپیوترها می بایست بردهای SIMMبصورت زوج هائی كه دارای ظرفیت و سرعت یكسان باشند، استفاده گردد. علت این است كه پهنای گذرگاه داده بیشتر از یكSIMM است. مثلا از دوSIMM هشت مگابایتی برای داشتن مگابایت حافظه بر روی سیستم استفاده می گردد. هرSIMM قادر به ارسال هشت بیت داده در هر لحظه خواهد بود با توجه به این موضوع كه گذرگاه داده شانزده بیتی است از نصف پهنای باند استفاده شده و این امر منطقی بنظر نمی آید. در ادامه بردهایSIMM بزرگتر شده و دارای ابعاد ۲۵/۴ *۱ شدند ( ۱۱ سانتیمتر در ۵/۲ سانتیمتر) و از ۷۲ پین برای افزایش پهنای باند و امكان افزایش حافظه تا میزان ۲۵۶ مگابایت بدست آمد.
http://www.aftab.ir/articles/computer_internet_infortmation_technology/hardware/images/319b4135a17114696afdc24ba2258834.jpg
حافظه RAM(Random Access memory)شناخته ترین نوع حافظه در دنیای كامپیوتر است. روش دستیابی به این نوع از حافظه ها تصادفی است. چون می توان به هر سلول حافظه مستقیما دستیابی پیدا كرد. در مقابل حافظه های RAM ، حافظه های SAM(serial Access memory) وجود دارند.
حافظه های SAM اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخیره و صرفا امكان دستیابی به آنها بصورت ترتیبی وجود خواهد داشت. ( نظیر نوار كاست ) در صورتی كه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر یك از سلول های حافظه به ترتیب بررسی شده تا داده مورد نظر پیدا گردد. حافظه های SAM در مواردی كه پردازش داده ها الزاما بصورت ترتیبی خواهد بود مفید می باشند ( نظیر حافظه موجود بر روی كارت های گرافیك ). داده های ذخیره شده در حافظه RAM با هر اولویت دلخواه قابل دستیابی خواهند بود.
● مبانی حافظه های RAM
حافظه RAM، یك تراشه مدار مجتمع (IC) بوده كه از میلیون ها ترانزیستور و خازن تشكیل شده است. در اغلب حافظه ها با استفاده و بكارگیری یك خازن و یك ترانزیستور می توان یك سلول را ایجاد كرد. سلول فوق قادر به نگهداری یك بیت داده خواهد بود.
خازن اطلاعات مربوط به بیت را كه یك و یا صفر است، در خود نگهداری خواهد كرد. عملكرد ترانزیستور مشابه یك سوییچ بوده كه امكان كنترل مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخیره شده در خازن و یا تغییر وضعیت مربوط به آن، فراهم می نماید. خازن مشابه یك ظرف (سطل) بوده كه قادر به نگهداری الكترون ها است.
به منظور ذخیره سازی مقدار «یك» در حافظه، ظرف فوق می بایست از الكترون ها پر گردد. برای ذخیره سازی مقدار صفر، می بایست ظرف فوق خالی گردد. مساله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است (وجود سوراخ در ظرف) بدین ترتیب پس از گذشت چندین میلی ثانیه یك ظرف مملو از الكترون تخلیه می گردد.
بنابراین بمنظور اینكه حافظه بصورت پویا اطلاعات خود را نگهداری نماید، می بایست پردازنده و یا كنترل كننده حافظه قبل از تخلیه شدن خازن، مكلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری مقدار یك باشند. بدین منظور كنترل كننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا اطلاعات را بازنویسی می نماید. عملیات فوق (Refresj)، هزاران مرتبه در یك ثانیه تكرار خواهد شد. علت نامگذاری DRAM بدین دلیل است كه این نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات بصورت پویا خواهند بود. فرآیند تكراری بازخوانی/ بازنویسی اطلاعات در این نوع حافظه ها باعث می شود كه زمان تلف و سرعت حافظه كند گردد.
سلول های حافظه بر روی یك تراشه سیلیكون و بصورت آرائه ای مشتمل از ستون ها (خطوط بیت) و سطرها (خطوط كلمات) تشكیل می گردند. نقطه تلاقی یك سطر و ستون بیانگر آدرس سلول حافظه است.
حافظه های DRAMبا ارسال یك شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزیستور در هر بیت ستون، خواهند شد. در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعیتی خواهند شد كه خازن می بایست به آن وضعیت تبدیل گردد.
در زمان خواندن Sense-amplifier سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گیری می نماید. در صورتیكه سطح فوق بیش از پنجاه درصد باشد مقدار یك خوانده شده و در غیراینصورت مقدار صفر خوانده خواهد شد. مدت زمان انجام عملیات فوق بسیار كوتاه بوده و بر حسب نانوثانیه ( یك میلیاردم ثانیه ) اندازه گیری می گردد. تراشه حافظه ای كه دارای سرعت ۷۰ نانوثانیه است ، ۷۰نانو ثانیه طول خواهد كشید تا عملیات خواندن و بازنویسی هر سلول را انجام دهد.
سلول های حافظه در صورتیكه از روش هایی بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمایند، به تنهایی فاقد ارزش خواهند بود. بنابراین لازم است سلول های حافظه دارای یك زیرساخت كامل حمایتی از مدارات خاص دیگر باشند.
▪ مدارات فوق عملیات زیر را انجام خواهند داد:
الف)مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون )
ب) نگهداری وضعیت بازخوانی و باز نویسی داده ها ( شمارنده )
ج) خواندن و برگرداندن سیگنال از یك سلول ( Sense-amplifier)
د) اعلام خبر به یك سلول كه می بایست شارژ گردد و یا ضرورتی به شارژ وجود ندارد ( Write enable )
هـ) سایر عملیات مربوط به كنترل كننده حافظه شامل مواردی نظیر: مشخص نمودن نوع سرعت ، میزان حافظه و بررسی خطاء است. حافظه های SRAM دارای یك تكنولوژی كاملا متفاوت می باشند. در این نوع از حافظه ها از فلیپ فلاپ برای ذخیره سازی هر بیت حافظه استفاده می گردد. یك فلیپ فلاپ برای یك سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزیستور استفاده می كند. حافظه هایSRAM نیازمند بازخوانی / بازنویسی اطلاعات نخواهند بود، بنابراین سرعت این نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه هایDRAMبیشتر است.
با توجه به اینكه حافظه هایSRAM از بخش های متعددی تشكیل می گردد، فضای استفاده شده آنها بر روی یك تراشه بمراتب بیشتر از یك سلول حافظه از نوع DRAMخواهد بود. در چنین مواردی میزان حافظه بر روی یك تراشه كاهش پیدا كرده و همین امر می تواند باعث افزایش قیمت این نوع از حافظه ها گردد. بنابراین حافظه هایSRAM سریع و گران و حافظه های DRAMارزان و كند می باشند. با توجه به موضوع فوق ، از حافظه هایSRAM بمنظور افزایش سرعت پردازنده ( استفاده از (Cache و از حافظه های DRAM برای فضای حافظه RAM در كامپیوتر استفاده می گردد.
● ماژول های حافظه
تراشه های حافظه در كامییوترهای شخصی در آغاز از یك پیكربندی مبتنی برpin با نام (Dual line) DIPpankagoاستفاده می كردند. این پیكربندی مبتنی بر پین، می توانست لحیم كاری درون حفره هایی برروی برداصلی كامپیوتر و یا اتصال به یك سوكت بوده كه خود به برد اصلی لحیم شده است. همزمان با افزایش حافظه ، تعداد تراشه های مورد نیاز، فضای زیادی از برد اصلی را اشغال می كردند. از روش فوق تا زمانیكه میزان حافظه حداكثر دو مگابایت بود ، استفاده می گردید.
راه حل مشكل فوق، استقرار تراشه های حافظه به همراه تمام عناصر و اجزای حمایتی در یك برد مدار چاپی مجزا (printed circut board) بود.
برد فوق در ادامه با استفاده از یك نوع خاص از كانكتور ( بانك حافظه ) به برد اصلی متصل می گردید. این نوع تراشه ها اغلب از یك پیكربندی pin با نام soj (small outline j-lead) استفاده می كردند. برخی از تولیدكنندگان دیگر كه تعداد آنها اندك است از پیكربندی دیگری با نامthin small tsop (outline pachage استفاده می نمایند.
تفاوت اساسی بین این نوع پین های جدید و پیكربندی DIPاولیه در این است كه تراشه های SOJ وTSORبه صورت surface-mountedدرPCBهستند. به عبارت دیگر پین ها مستقیما به سطح برد لحیم خواهند شد. ( نه داخل حفره ها و یا سوكت ).
تراشه های حافظه از طریق كارتهایی كه ماژول نامیده می شوند قابل دستیابی و استفاده می باشند. شاید تاكنون با مشخصات یك سیستم كه میزان حافظه خود را بصورت ۳۲*۸, یا ۱۶*۴ اعلام می نماید، برخورده كرده باشید. اعداد فوق تعداد تراشه ها ضربدر ظرفیت هر یك از تراشه ها را كه بر حسب مگابایت اندازه گیری می گردند، نشان می دهد.
بمنظور محاسبه ظرفیت، می توان با تقسیم نمودن آن بر هشت میزان مگابایت را بر روی هر ماژول مشخص كرد. مثلا یك ماژول ۳۲*۴ ، بدین معنی است كه ماژول دارای چهار تراشه ۳۲مگابیتی است. با ضرب ۴در ۳۲عدد ۱۲۸ (مگابایت) به دست می آید. اگر عدد فوق را بر هشت تقسیم نماییم به ظرفیت۱۶ مگابایت خواهیم رسید.
نوع برد و كانكتور استفاده شده در حافظه های RAM، طی پنج سال اخیر تفاوت كرده است. نمونه های اولیه اغلب بصورت اختصاصی تولید می گردیدند. تولید كنندگان متفاوت كامپیوتر بردهای حافظه را بگونه ای طراحی می كردند كه صرفا امكان استفاده از آنان در سیستم های خاصی وجود داشت. در ادامه Line memoru simm (singie in)مطرح گردید. این نوع از بردهای حافظه از۳۰ پین كانكتور استفاده كرده و طول آن حدود ۵/۳ اینچ و عرض آن یك اینچ بود ( یازده سانتیمتر در ۵/۲ سانتیمتر ).
در اغلب كامپیوترها می بایست بردهای SIMMبصورت زوج هائی كه دارای ظرفیت و سرعت یكسان باشند، استفاده گردد. علت این است كه پهنای گذرگاه داده بیشتر از یكSIMM است. مثلا از دوSIMM هشت مگابایتی برای داشتن مگابایت حافظه بر روی سیستم استفاده می گردد. هرSIMM قادر به ارسال هشت بیت داده در هر لحظه خواهد بود با توجه به این موضوع كه گذرگاه داده شانزده بیتی است از نصف پهنای باند استفاده شده و این امر منطقی بنظر نمی آید. در ادامه بردهایSIMM بزرگتر شده و دارای ابعاد ۲۵/۴ *۱ شدند ( ۱۱ سانتیمتر در ۵/۲ سانتیمتر) و از ۷۲ پین برای افزایش پهنای باند و امكان افزایش حافظه تا میزان ۲۵۶ مگابایت بدست آمد.