حافظه ها ی رایانه ها

• حافظه محلی هست که اطلاعات و داده های مورد نیاز به صورت موقت یا دائم ذخیره می شود تا بتوان در مواقع لازم آنها را بازیابی و مورد استفاده قرار داد.
• همانطور که انسان برای نگهداری اطلاعات مورد نیازش علاوه بر استفاده از مغزش از ابزارهای دیگری مانند یاداشت کردن، نوار ظبط ، نوار فیلم و … استفاده می کند رایانه ها نیز از انواع مختلف حافظه شامل حافظه های اصلی و حافظه های جانبی استفاده می کنند .
• شناخت حافظه ها به دلیل اینکه محل ذخیره سازی داده می باشد مهم است و لازم است انواع تقسیم بندی حافظه ها و نحوه عمل کردن آنها را بیاموزیم.
• در حالت کلی حافظه کامپیوترها به دو گروه کلی تقسیم می شوند حافظه های اصلی و حافظه ها جانبی‌

ویژگیهای مشترک در حافظه

ویژگی مانایی و نا مانایی

اگر داده های یک حافظه با جریان قطع برق از بین برود بچنین حافظه ای حافظه ی نامانا گفته می شود در غیر این صورت حافظه مانا می باشد.

نشانی پذیری حافظه :

هر سلول در حافظه دارای نشانی می باشد که برای دستیابی به داده های آن مورد استفاده قرار می گیرد.

ظرفیت حافظه:

مقدار داده ای را که می توانیم در یک حافظه ذخیره کنیم را ظرفیت آن حافظه می گویند.

کوچکترین واحد حافظه کامپیوتر که فقط می تواند یک صفر یا یک در خود ذخیره کند را بیت Bit می نامند

با قرار دادن چند بیت کنار هم اطلاعات معنی داری شکل می گیرد که به این مقدار حافظه بایت گفته می شود. بایت Byte از قرار دادن هشت بیت کنار هم تشکیل می شود. واحد اندازه گیری ظرفیت یک حافظه بر حسب بایت محاسبه می شود. بعد از آن چون بایت هم ظرفیت کوچکی است از ظرفیتهای دیگری مانند کیلوبایت، مگابایت، گیگابایت و … برای محاسبه ظرفیت حافظه استفاده می شود.

برای تبدیل هر واحد به واحد بزرگتر، آن واحد را بر ۱۰۲۴ تقسیم می کنیم و برای تبدیل هر واحد به واحد کوچکتر آن واحد را در ۱۰۲۴ ضرب کی کنیم

مثلا ۱۰ پتابایت چند گیگابایت می شود؟ چون واحد گیگابایت دو واحد کوچکتر از واحد پتابایت است باید واحد پتابایت یعنی همان ۱۶ پتابایت را در ۱۰۲۴×۱۰۲۴ یا ضرب کنیم. یعنی ۱۰۲۴×۱۰۲۴×۱۶ یا ۱۰^۲×۱۰^۲×۴^۲ می باشد

حافظه رایانه به صورت یک ساختار خطی است که در آن بایتها به صورت متوالی و پشت سر هم قرار دارند اما می توان حافظه یارانه را به صورت یک جدول m سطری که هر سطر آندشمال n بیت هست را تصور نمود هر سطح چنین جدولی را یک سلول می نامند. سلول کوچکترین واحد حافظه است که در هر بار مراجعه به آن قابل خواندن و نوشتن است بنابر این واحد حافظه دارای m سلول است که از صفر تا m-1 شماره گذاری می شود اگر بیت های bit هر سلول ۸ تا باشد به آن بایت byte می گویند.

شماره هر سلول آدرس سلول cell نامیده می شود. کلمه یا word از یک یا چند سلول تشکیل می شود. طول کلمه ضریبی از طول سلول است و همیشه بزرگتر یا مساوی طول سلول می باشد. کلمه واحد عملیات سی پی یو cpu یا پردازشگر مرکزی می باشد و طول آن در رایانه های مختلف ۶۴ ، ۳۲ ، ۱۶ ، ۸ بیت می باشد. چون رایانه فقط کدهای دورقمی را می فهمد

برای استفاده از حروف باید برای حرف ها کدی در نظر گرفت. کارایی یک حافظه به سرعت دستیابی به اطلاعات حافظه و همچنین سرعت انتقال آن بستگی دارد.

سلسله مراتب حافظه

از آنجا که ظرفیت حافظه های اصلی محدود است و هزینه های آن به نسبت حافظه های جانبی گرانتر است حافظه ها به صورت سلسله مراتبی در کامپیوتر به کار گرفته می شوند.

از علت های دیگر برای استفاده از سلسله مراتب سرعت دست یابی به اطلاعات می باشد.

حافظه های اصلی کامپیوتر

حافظه های اصلی کامپیوتر با پردازنده در ارتباط هستند و داده های مورد نیاز پردازش را درون خود نگهداری می کنند. داده های برای پردازش ابتدا وارد ثبات ها می شوند و سپس پردازش می شوند. به علت ارتباط مستقیم این نوع حافظه های رایانه با سی پی یو یا همان پردازنده لازم است که حافظه های اصلی دارای سرعت بالایی باشند تا پردازنده برای دست یابی به اطلاعات زیاد معطل نشود به همین علت حافظه های اصلی را از جنس نیمه هادی استفاده می کنند.

حافظه های اصلی غز نظر مانایی داده ها به دو گروه حافظه با دسترس تصادفی یا RAM و حافظه فقط خواندنی ROM تقسیم می شوند

حافظه ی Ram

Ram از تعدادی خانه و سلول تشکیل شده و می توان درون هر خانه یک داده را نگهداری کرد برای هر سلول و داده در حافظه رم یک آدرس اختصاصی وجود دارد . آدرس اولین سلول صفر می باشد و آدرس سلول یا خانه های بعدی حافظه یکی بالاتر از آدرس قبلی خود می باشد هر آدرس در حافظه قابلیت این را دارد که یک یا چند بایت را در خود ذخیره کند.

داده هایی که در حافظه ram وجود دارند را می شود پاک کرد و یا با داده های دیگر جایگزین کرد. اگر برق قطع و وصل شود داده های درون حافظه ram نیز از بین خواهند رفت به همین علت این نوع حافظه ها برای نگهداری موقتی اطلاعات استفاده می شود. داده های درون حافظه رم تا زمان استفاده، پردازش و انتقال به حافظه جانبی درون ram باقی می ماند.

داده ها در هر قسمت از حافظه می توانند ذخیره شوند و از همان قسمت بازیابی شوند و سرعت انتقال داده های رایانه به محل ذخیره آن بستگی ندارد به همین علت به چنین حافظه هایی حافظه با دسترسی تصادفی می گویند.

به حافظه Ram حافظه خواندنی و نوشتنی یا RWM هم می گویند.

از نظر فن آوری ساخت حافظه رم را می توان به دو نوع تقسیم کرد. Ram پویا یا DRAM و Ram ایستا یا SRAM

DRAM نسبت به SRAM دارای سرعت پایین تری می باشد به همین علت هزینه ساخت آن نیز کمتر است در این نوع حافظه اطلاعات مرتب باید تجدید شود وگرنه از بین خواهند رفت. البته رایانه یا کامپیوترها بع صورت خودکار این کار را انجام می دهد. حافظه های ram در کامپیوترها از نوع DRAM هستند و از SRAM برای حافظه پنهان استفاده می شود.

حافظه رام یا ROM

حافظه رام یا rom درست بلعکس حافظه رم ram عمل می کند یعنی داده به صورت موقت در آن قرار نمی گیرد و داده های درون آن دائمی هستند و با قطع و وصل برق از بین نمی روند. رام ها برای حفظ و ذخیره داده هایی به کار می رند که وجودشان برای رایانه ضروری است و بدون آن رایانه نمی‌تواند شروع به کار کند. و دستور العمل های راه اندازی یک کامپیوتر می باشند. Rom را می توان به سه نوع عمده تقسیم بندی کرد:

• PROM حافظه های فقط خواندی برنامه پذیر .

حافظه های فقط خواندنی برنامه پذیر پاک شدنی

در prom فقط یک بار می شود داده ای را ذخیره کرد و چون قابل پاک شدن نیست، بعد از آن دیگر قابل نوشتن نخواهد بود .

eprom نیز مانند prom عمل می کند اما با این تفاوت که می شود داده های آن را پاک کرد و دوباره نوشت . برای پاک کردن داده های این نوع از رام ها باید آن را از محل قرار گیریش خارج کرده و در معرض نور ماورای بنفش قرار بدهی، روی این نوع از حافظه ها برچسبی وجود دارد تا نورهای معمولی نتواند داده ها را پاک کند.

برای نوشتن بر روی eprom نیاز به دستگاهی به نام EPRom Programmer می باشد.

حافظه EEPRM نیز مانند eprom عمل می کند با این تفاوت که برای پاک کردن داده های آن نیازی نیست که حافظه از جایش خارج شده و در معرض ماورای بنفش قرار گیرد. بلکه جریان برق کامپیوتر می تواند حافظه را پاک کند. بیشتر این نوع حافظه ها در سیستمی به کار می روند که باید داده های آن مرتبا عوض و برنامه ریزی شوند.

حافظه های پنهان و میانگیر

برای بالا بردن بهره وری سی پی یو دو نوع حافظه دیگر وجود دارد . نوع اول حافظه ی پنهان می باشد که به آن حافظه کش یا cashe نیز گفته می شود . نوع دوم حافظه میانگیر است که به حافظه بافر یا buffer نیز گفته می شود.

حافظه کش Cashe سریعتر از حافظه رم Ram عمل می کند و بین رم و cpu قرار می گیرد در بعضی از کامپیوترها حافظه کش در سی پی یو قرار دارد و در گروهی دیگر از رایانه ها در برد اصلی جاسازی شده است. داده ها ابتدا از رم روی حافظه کش قرار می گیرند و بعد از آن وارد سی پی یو می شوند. دلیل این کار هم به علت این است که بعضی از داده ها تکراری هستند و لازم نیست هربار cpu آن را از ram فراخوانی کند. سی پی یو زمانی که به داده ای نیاز دارد ابتدا حافظه پنهان یا کش را بررسی می کند این کار باعث بالا رفتن سرعت کار کامپیوتر می شود. به علت اینکه cpu مهمترین واحد و مهمترین قسمت یک کامپیوتر محسوب می شود، بالا رفتن سرعت کار سی پی یو بر روی کل رایانه تاثیر می گذارد به همین علت زمانی که cpu با دستگاه های ورودی و خروجی کندتر از خودش در ارتباط است ، داده هایی که بین این دستگاه ها و cpu ارسال می شوند در حافظه میانگین قرار می گیرند . مثلا زمانی که cpu داده هایی را برای چاپ به یک چاپگر منتقل می کند . آن را در buffer ذخیره می کند و به کار خودش ادامه می دهد و چاپگر در زمان لازم بعد از آماده شدن، داده ها را از بافر دریافت کرده و چاپ می کند و cpu معطل چاپگر نمی ماند