ذاكرة الحاسب الآلي وانواعها / هــيــا / ابن خلدون

مرحبا أصدقائي الأعزاء:
يعتقد الكثير من مستخدمي الحاسب أن استخدام الذاكرة محصور بموقع واحد في
الحاسب وهو الذاكرة الرئيسية التي يستخدمها نظام التشغيل والبرامج. حقيقة
الأمر أن استخدام الذاكرة يدخل في الكثير من العتاد المستخدم لتشغيل
الحاسب. المعالج و كرت الشاشة و كرت الصوت هي مجرد أمثلة على المكونات
التي تحتاج إلى ذاكرة خاصة بها لكي تعمل. ما سأحاول بيانه في هذا المقال
هو اشهر أنواع الذواكر واستخداماتها والتطورات التي حصلت للذاكرة منذ
بداياتها
[ أولا ] : ROM
هي ابسط أنواع الذاكرة . المسمى مشتق من Read Only Memory أي ذاكرة
للقرائة فقط. هنا المعلومات تكتب على شريحة الذاكرة وتبقى هناك بدون
تغيير ولا يمكن إضافة أي معلومات جديدة عليها. اشهر استخدام لهذا النوع
من الذاكرة هو لحفظ برنامج البيوس للوحة الأم. هنا لا يمكن للمستخدم أن
يغير أي من المعلومات الموجودة في الذاكرة. ميزة هذه الذاكرة هي بعدم
احتياجها لأي طاقة كهربائية للاحتفاظ بالمعلومة.
تنقسم ذاكرة ROM إلى ثلاثة أقسام:
(1) PROM:
وتعنى Programmable ROM وهى قطعة من الذاكرة يمكن برمجتها مرة واحدة فقط.
بعد أن تكتب المعلومات عليها لا يمكن مسحها أو تبديلها.
(2) EPROM:
Erasable PROM وهى نفس السابقة إلا انه يمكن مسح المعلومات الموجودة بهذه
الذاكرة وذلك باستخدام الأشعة الفوق بنفسجية. هذه الأشعة يتم توجيهها إلى
مجس خاص موجود على الذاكرة لفترة معينة من الوقت مما يؤدى لمسح كل
المعلومات وبالتالي يمكن إعادة برمجة الذاكرة بمعلومات أخرى.
(3) EEPROM:
Electrically Erasable PROM هذه الذاكرة هي التي تستخدم الآن في اغلب
اللوحات الأم الحديثة لحفظ برنامج البيوس. هذا النوع من الذاكرة يمكن مسح
المعلومات الموجودة عليها و إعادة برمجتها باستخدام برامج خاصة. إذا رأيت
كلمة Flash BIOS من ضمن مواصفات اللوحة الأم، فهذا يعنى أنها تستخدم هذا
النوع من الذاكرة.
{pagebreak}
[ ثانيا ] RAM:
هذا المسمى هو ما يربطه غالب المستخدمين بالذاكرة. هذا الاسم مشتق من
Random Access Memory وافضل شرح لهذا المسمى هو الذاكرة التي يمكن الولوج
إليها بشكل غير منظم. لشرح كلمة غير منظم يجب أن نشرح كيف يتم تخزين
المعلومة في الذاكرة. الذاكرة مقسمة إلى خانات وتسمى صفحات. كل صفحة لها
عنوانها الخاص. عند الاحتياج إلى أي معلومة مخزنة في الذاكرة فانه يتم
الولوج إليها مباشرة من خلال عنوانها الخاص بها . عند عدم وجود عنوان خاص
لكل صفحة، فانه لإيجاد المعلومة يجب البحث بكل الصفحات لغاية العثور على
المعلومة المطلوبة. هذا البحث يتم بطريقة منظمة أي البحث بأول خانة ومن
ثم الثانية والثالثة وهلم جرا. الآن وقد انتهينا من شرح معنى RAM يجب أن
نبين بعض المعلومات عن هذا النوع من الذاكرة. هذه الذاكرة لا تستطيع
تخزين المعلومة بدون وجود طاقة كهربائية. أي أن المعلومة المخزنة يتم
مسحها عند فصل الذاكرة عن الطاقة. أنواع الذاكرة RAM أسرع بكثير من ROM
لذا فان الكثير من اللوحات الأم تسمح عند بداية تشغيل الجهاز بوضع نسخة
من برنامج البيوس في الذاكرة RAM واستخدامها من هناك. هذا الأمر يحسن من
أداء الجهاز. مثل ذاكرة ROM، تنقسم ذاكرة RAM إلى عدة أنواع:
(1) SRAM:
وهى Static RAM المعنى المقصود من كلمة Static هى ثبات المعلومة. عندما
تودع المعلومة في هذه الذاكرة فإنها تبقى هناك بدون الحاجة إلى تنشيطها
بين فترة وأخرى. الوقت الوحيد الذي تتغير فيه المعلومة هو عندما يطلب من
الذاكرة تغييرها. SRAM يعتبر أسرع أنواع الذاكرة، ولكن بسبب غلاء سعره،
فان استخدامه في العادة يكون محصورا بداخل المعالج كذاكرة مخبئيه (Cache
Memory) من الدرجة الأولى أو الثانية.
(2) ASRAM:
Async SRAM تعتبر من النوعيات القديمة من SRAM. هذه الذاكرة تعمل بتردد
منفصل عن المعالج. لذا تجدها مستخدمة كذاكرة مخبئيه من الدرجة الثانية
لكثير من المعالجات القديمة والتي كانت فيها الذاكرة المخبئيه تركب على
اللوحة الأم وليس المعالج. مثال على ذلك، إذا كانت سرعة الناقل الأمامي
للمعالج 66 ميغاهرتز فان هذه الذاكرة قد تعمل على سرعة 33 ميغاهرت
(3) SSRAM:
Sync SRAM بمعنى أن الذاكرة تعمل بنفس تردد الناقل الأمامي للمعالج ولا
تختلف تقنيا عن سابقتها بغير هذا الأمر.
(4) PBSRAM:
Pipeline Burst SRAM هي أكثر نوع من هذه الذاكرة استخداما حاليا. لشرح
هذا النوع من الذاكرة يجب أن نبتعد قليلا عن الذاكرة والدخول في عالم
المعالج لنشرح المقصود بكلمة Pipeline. تقنية Pipeline تسمح للمعالج
بأداء أكثر من مهمة بنفس الوقت. وأسهل طريقة لشرح هذه التقنية هو تشبيهها
بخط الآنتاج المستخدم في المصانع. بدل أن يكون هناك عامل واحد يقوم
بتجميع المنتج، يوجد هناك خط سير يقوم عليه العديد من العمال. كل عامل
منهم يقوم بتجميع جزء من هذا المنتج لكي ننتهي بأخر المطاف بمنتج جاهز
وبأسرع وقت ممكن. المعالج يقوم بأمر مشابه. هنا يتم التعامل مع الكثير من
العمليات بنفس الوقت. الآن وقد شرحنا معنى Pipeline، فان الذاكرة PBSRAM
مصممة لكي تتعامل مع هذا الكم المستمر من المعلومات. من مميزات هذه
الذاكرة، قدرتها على العمل بسرعة تردد اكثر من 66 ميغاهرتز، مما يجعلها
مناسبة للمعالجات التي واكبت هذه الذاكرة والتي تعمل بسرعات قد تصل إلى
400 ميغاهرتز.
هنا نكون قد انتهينا من اشهر أنواع الذاكرة SRAM والتي بينا أن استخدامها
بغالب الوقت محصورا بداخل المعالج أو كجزء من ذاكرته الداخلية.
(5) VRAM:
Video RAM هي نوع من الذاكرة المخصصة لكروت الشاشة. تتميز هذه الذاكرة
بسرعتها وتخصصها في التعامل مع تقنية الشاشة. الميزة الرئيسية لهذا النوع
من الذاكرة هو إمكانيتها التعامل مع (RAMDAC) وهو القطعة المسئولة عن
تحديث الصورة على الشاشة ومعالج كرت الشاشة بنفس الوقت، اختراع أنواع
أخري من الذاكرة والتي تستطيع العمل بشكل أسرع من VRAM أدي إلي توقف
استخدامها في الكروت الحديثة.
(6) WRAM:

Window RAM هو نوع متطور من VRAM. هذا النوع من الذاكرة ليس له أي علاقة
بنظام التشغيل Microsoft Windows وأي تشابه في التسمية هو مجرد مصادفة.
تم تعديل بعض التقنيات المستخدمة في هذا النوع من الذاكرة عن سابقتها مما
أدى إلى زيادة في سرعة نقل المعلومة تعادل 25% زيادة عن VRAM.
(7) SGRAM:
Synchronous Graphics RAM هي الجيل الثالث من الذواكر المختصة بكروت
الشاشة. يتميز هذا النوع بعمله بنفس سرعة الناقل الأمامي للمعالج لغاية
100 ميغاهرتز. برغم أن هذا النوع من الذاكرة لا يستطيع التعامل مع RAMDAC
ومعالج كرت الشاشة بنفس الوقت، إلا انه يستطيع فتح صفحتين من المعلومات
بنفس الوقت. الجمع مابين سرعة نقل المعلومة وفتح صفحتين بنفس الوقت، يجعل
هذه الذاكرة أسرع مما سبقها.


نبدأ الآن بالدخول إلى الذاكرة التي تهم غالب المستخدمين أو بالأحرى التي
للمستخدمين الحرية باختيارها.
[ ثالثا ] DRAM:
بعكس SRAM فان ذاكرة Dynamic RAM لا تستطيع الاحتفاظ بالمعلومة لفترة
طويلة. المعلومات يجب تنشيطها باستمرار. هنا تقوم الذاكرة بإعادة كتابة
المعلومة عدة مئات من المرات في الثانية. هذا النوع من الذاكرة ارخص من
SRAM ولذا فإنها تستخدم بغزارة كذاكرة رئيسية لجهاز الحاسب. مثل الآنواع
السابقة من الذاكرة، فإنها تنقسم إلى عدة أنواع.
(1) FPRAM:
Fast Page Mode DRAM هو من الآنواع القديمة من هذه الذاكرة. عندما كانت
أجهزة الحاسب تعمل بمعالجات 286 أو 386 كانت تستخدم هذا النوع من
الذاكرة. ببداية الأمر كانت هذه الذاكرة تعمل بسرعة ولوج تعادل 120 نانو
ثانية، أي أن المعالج يحتاج أن ينتظر هذه المدة لكي يستطيع الدخول إلى
الذاكرة واسترجاع أو إيداع المعلومة. تم فيما بعد تحسين سرعة الولوج لهذه
الذاكرة لكي تصل إلى 60 نانو ثانية إلا أنها لازالت تعتبر بطيئة.
(2) EDO RAM:
لتحسين سرعة الولوج، تم اختراع ذاكرة Extended Data Out DRAM. هنا تم
تسريع عملية ولوج المعالج إلى الذاكرة بواسطة السماح له بالولوج بعملية
جديدة قبل انتهاء العملية التي سبقتها. برغم أن النظرية تقول بان هذا
النوع من الذاكرة أسرع من FPM DRAM بمعدل الضعف، إلا أن التطبيق الفعلي
ينتج عنه تحسن بالأداء يعادل 30% فقط. مشكلة هذا النوع من الذاكرة إنها
لا تستطيع العمل على سرعات تردد اكثر من 66 ميغاهرتز.
(3) BEDO RAM:
Burst EDO DRAM كانت محاولة لتسريع عمل EDO RAM. الفكرة من تقنية Burst
هي بإرسال المعلومة إلى الذاكرة بشكل دفعات. أول دفعة من المعلومة تحتوى
على عناوين المعلومات التي تتبعها، لذا فان باقي المعلومة سيتم التعامل
معها بشكل أسرع حيث انه تم التجهيز لاستقبالها. برغم نجاح هذه التقنية في
تسريع سرعة الولوج إلى الذاكرة لما يقارب 10 نانو ثانية، إلا أن عدم
قدرتها على العمل بسرعة تردد أعلي من 66 ميغاهرتز أدى إلي اضمحلالها
بغياهب النسيان.
(4) SDRAM:
Synchronous DRAM هي اشهر أنواع الذاكرة و أكثرها استخداما الآن، كلمة
Synchronous تعنى أن هذه الذاكرة تعمل بنفس سرعة تردد الناقل الأمامي
للجهاز، بحسب جودة التصنيع لهذا النوع من الذاكرة، فانه بإمكانها الوصول
لسرعة تردد 150 ميغاهرتز وزمن ولوج يصل إلى 7 نانو ثانية. بسبب اعتماد
ذاكرة SDRAM على سرعة الناقل الأمامي للجهاز لنقل المعلومة، فان أقصى حجم
من المعلومات يمكن نقلها مابين الذاكرة والمعالج هي 800 ميغابايت في
الثانية إذا كانت سرعة تردد الناقل الأمامي 100 ميغاهرتز و 1050 ميغابايت
إذا كانت 133 ميغاهرتز. للتمييز إمكانية هذه الآنواع من الذاكرة من العمل
على سرعات تردد معينه، فقد تم أيجاد توحيد لمسميات تبين السرعة التي
تستطيع هذه الذاكرة العمل عليها. PC66 تعنى أن الذاكرة تستطيع العمل على
سرعة 66 ميغاهرتز و PC100 تعنى أنها تعمل على 100 ميغاهرتز وهلم جرا.
(5) DDR-SDRAM:
وهو التطور المنطقي لذاكرة SDRAM. لزيادة حجم المعلومة المنقولة بين
المعالج والذاكرة، فانه تم اختراع تقنية مضاعفة تردد الناقل الأمامي لكي
تحول سرعة تردد الناقل الأمامي من 100 إلى 200 ميغاهرتز ومن 133 إلى 266
ميغاهرتز. من هنا أتى المسمى Double Data Rate SDRAM. لفهم عملية
المضاعفة هذه يجب أن نبين كيف تعمل دورة الهيرتز. دورة الهيرتز هي عبارة
عن إشارة كهربائي بشكل موجه تنقل المعلومة معها أثناء صعودها. تقنية DDR
تسمح بالاستفادة من هذه الموجة ليس فقط أثناء صعودها بل أثناء نزولها
كذلك حيث يتم نقل معلومة أثناء الصعود ومعلومة أخرى أثناء النزول. بهذه
الطريقة فإن الاستفادة من كل دورة هيرتز تكون مضاعفة بنقل معلومتين بكل
دورة هيرتز بدل معلومة واحدة. (Data Strobe) هى تقنية ادخلت على هذه
الذاكرة لكي تغنى عن استخدام ساعة داخلية بالذاكرة لتنظيم دورات الهيرتز.
الساعة التي نتكلم عنها هنا هي المسئولة عن جعل الدورات الداخلية للهيرتز
بالذاكرة تسير بانتظام مع الدورات الخاصة بالناقل الأمامي. تقنية Data-
Strobe نصت على أن كل معلومة تنقل من الناقل الأمامي إلى الذاكرة تحمل
معها إشارة تحدد دورة الهيرتز، بهذه الطريقة تستطيع ذاكرة DDR أن تنظم
دوراتها مع الناقل الأمامي بدون استخدام أي ساعة داخلية منظمة. الميزة
هنا هي بتوفير الوقت الذي تحتاجه الساعة الداخلية لتحديد دورة الهيرتز
مما يعنى أداء أسرع. في هذا النوع من الذاكرة تم تغيير المسمى من تبيان
سرعة تردد الناقل الأمامي إلى تبيان حجم المعلومة التي يتم نقلها. PC1600
تبين أن هذه الذاكرة تستطيع نقل 1600 ميغابايت في الثانية بينما PC2100
تعنى أن الذاكرة تستطيع نقل 2100 ميغابايت في الثانية وحاليا وصلت إلى
DDR3200 والتي تعمل بتردد 400 ميجاهيرتز ووصلت أكثر من ذلك.
(6) RDRAM:
هذه الذاكرة تم تسميتها نسبة إلى الشركة التي قامت بتسجيل براءة الاختراع
للتقنية المستخدمة بها. شركة Rambus تعتبر من الشركات التي دخلت إلى عالم
الحاسب الشخصي بوقت متأخر نسبيا حيث تم تأسيسها بسنة 1990 ميلادية. بداية
الشركة كانت بالتركيز على أجهزة الألعاب مثل Nintendo و Play Station ومن
ثم تقدمت إلى حقل الحاسب الشخصي عندما قامت بإقناع شركة Intel بدعم
ذاكرتها. ذاكرة Rambus DRAM تعتمد على تقنية مذهلة ترتكز على توزيع نقل
المعلومة بين الذاكرة والمعالج على اكثر من قناة. هذه الذاكرة باتت قادرة
على الوصول لسرعات تردد تصل إلى 1200 ميغاهرتز وتنقل 10.7 غيغابت في
الثانية. النوع الوحيد من المعالجات التي تدعم مثل هذه الذاكرة هو
بنتيوم4 المصنع من شركة Intel. كما أن شركة Intel هي الشركة الوحيدة التي
تصنع شرائح لوحة أم تستطيع التعامل معها ، ثم تبعتها بعد ذلك شركة SIS.
بسبب السعر العالي لهذه الذاكرة، ومطالبة شركة Rambus المصنعين بدفع رسوم
تصنيع عالية، و أدائها لغير المقنع مقابل سعرها، فان غالب الشركات
المصنعة للذاكرة و المعالجات وشرائح اللوحات الأم قد اتجهت إلي تأييد
وتصنيع ذاكرة DDR- DRAM وحتى شركة Intel للأسف تخلت عن هذا النوع من
الذاكرة.
(7) DDR2:
بالرغم من النجاح الذي حققته ذاكرة DDR إلا إنها كانت تعانى من بعض النقص
وأهمها عدم قدرتها على الوصول إلى ترددات عالية. هنا أصبح من الضروري
تنقيح ذاكرة DDR وتغيير بعض التقنيات المستخدمة بها. الجدول التالي سيبين
بعض أهم الفروقات بين DDR و DDR2:
من أهم الأمور التي قد تجعل المستخدمين يتخوفون من ذاكرة DDR2 ويفضلون
ذاكرة DDR عليها هو التواقيت العالية التي تستخدمها الذاكرة الجديدة.
بالفعل فإن النظرة الأولى لتواقيت DDR2 وخصوصا توقيت CAS Latency وهو أهم
التواقيت يبين أن المواصفة الرسمية لا تسمح بأي توقيت اقل من 3 بينما
ذاكرة DDR تسمح بتوقيت 2. هذا الموضوع لا يزال محل جدل بين المستخدمين
ولكن مجمل التحسينات التي أدخلت على الذاكرة والسرعات الكبيرة لها تقلل
بشكل كبير من أهمية التواقيت وبالتالي ذاكرة DDR2 قادرة على تقديم أداء
أفضل بشكل عام من ذاكرة DDR. لازالت ذاكرة DDR2 تحمل نفس المسميات التي
بدأتها ذاكرة DDR حيث أن المسمى يبين سرعة نقل المعلومة والتي وصلت إلى
5300 ميغابت بالثانية لتردد 667 ميغاهرتز.
( GDDR2:
معالجات كروت الشاشة وصلت إلى مراحل متقدمة جدا من التخصصية والسرعة.
والذاكرة المستخدمة على هذه الكروت تحتاج إلى مواصفات خاصة بسبب هذا
التخصص. من هنا ارتأت الشركات المتخصصة بصناعة كروت الشاشة (ATI-nVIDIA)
على وجه التخصيص العمل المشترك مع شركات تصنيع الذاكرة لصنع نوع من
الذواكر المخصصة للرسوميات. من هنا أتى مسمى Graphics DDR2 والذي وضع
مواصفات خاصة على ذاكرة DDR2 وأهمها تعديل العنونة (Addressing) بهذا
النوع من الذاكرة لتكون مناسبة أكثر لاحتياجات التسريع الرسومى. كما تم
تحسين تقنية دخول وخروج المعلومة (I/O) لتقدم أداء أفضل.
(9) GDDR3:
لازالت المعالجات الرسومية تتقدم بخطوات أسرع بكثير من المعالجات
المكتبية، ولا زالت احتياجاتها من الذاكرة تزداد بشكل مطرد. لهذا السبب
لم تستطع الشركات المصنعة لكروت الشاشة الآنتظار إلى أن تنتهي منظمة
JEDEC المسئولة عن المواصفات الرسمية للذاكرة من الآنتهاء من تحديد
المواصفات الرسمية للجيل الثالث من ذاكرة DDR وعملت مع عدة شركات وعلى
رأسها Micron لتصنيع الجيل الثالث من هذه الذاكرة بدون أى مواصفات رسمية
موحده. ذاكرة GDDR3 تأتى بتقنية مختلفة لتعريف الإشارة الكهربائية عن
سابقتها. Unidirectional Strobing هى تقنية تخفض من الوقت الذي تحتاجه
الذاكرة للتعرف على المعلومة حيث انه يغنيها عن الرجوع إلى جدول تعريف
الإشارة (DQS). كما تم عمل تحسين لعملية دخول وخروج المعلومة (I/O) وجعل
سرعات التردد تبدأ من 600 ميغاهرتز فما أعلى.
أرجو لكم الفائدة....