الفصل 2: الذاكرة - الجزء الأول

تطور تكنولوجيا الذاكرة عبر عقود لتقليص أبعادها (الحجم) وتكلفة تصنيعها واستهلاكها للطاقة، وزيادة سعتها وسرعتها.

كانت تكنولوجيا الذاكرة تعتمد على النوى المغناطيسية في الفترة من 1955 إلى 1975 والتي تتكون من حلقات صغيرة مصنوعة من الفريت (سيراميك مغناطيسي) مع أسلاك القراءة/الكتابة التي تمر من خلالها.

تقنية MOS و CMOS هي تقنيات تصنيع مكونات إلكترونية (بوابات منطقية ، دوائر منطقية ، إلخ) تعتمد على أشباه الموصلات.

مادة كيميائية صلبة ذات خصائص كهربائية تسمح لها بأن تكون موصلة (مثل المعادن) وعازلة (عازلة) في نفس الوقت.تصبح موصلة بفعل التسخين أو الضوء أو الجهد الكهربائي.

السليكون هو عنصر كيميائي يستخدم على نطاق واسع في صناعة الإلكترونيات، وخاصة في أشباه الموصلات.

قطعة رقيقة من السيليكون النقي للغاية يتم تقطيعها من قضبان السيليكون والتي سيتم استخدامها لصنع الرقائق الإلكترونية.

عملية معقدة تتضمن مجموعة واسعة من المعدات والمواد المتخصصة.تنتج هذه العملية الأجهزة الإلكترونية الحديثة.

دوائر متكاملة تُمكن من تركيب الآلاف، ثم الملايين، والآن عشرات المليارات من الترانزستورات على مكون يُسمى الرقاقة (وصلت رقاقة GT200 من Nvidia في عام 2008 إلى 1.4 مليار مكون: GPU). تُمكن الدوائر المتكاملة من تصنيع µPs وذاكرة ، إلخ.

جهاز إلكتروني قادر على تخزين واسترجاع المعلومات الثنائية.

عملية كتابة المعلومات في الذاكرة لتخزينها.

عملية قراءة المعلومات المختزنة سابقًا من الذاكرة.

تُستخدم تقنيات متعددة لتخزين المعلومات، ونُميّز بين: ذاكرة أشباه الموصلات (RAM, ROM, PROM, إلخ), ذاكرة مغناطيسية (قرص صلب، أقراص مرنة، إلخ), ذاكرة ضوئية (CD, DVD, إلخ).

يتطلب تخزين كميات ضخمة من البيانات سرعة عالية ، ولكن وقت الوصول يُصبح أطول كلما زادت السعة . لذا، تم استخدام هرم الذاكرة : يتم الوصول إلى البيانات الأكثر استخدامًا بشكل أسرع.

تُشكل الذاكرة المغناطيسية و الذاكرة الضوئية فئة من الذاكرة تُسمى ذاكرة الكتلة (أو أجهزة التخزين المساعدة / الثانوية / التخزين). يتم تخزين المعلومات بشكل دائم في هذه الذاكرة.

يستخدم المعالج ذاكرة احتياطية (تعادل ذاكرة الكاش) لخفض وقت الوصول إلى ذاكرة الكتلة.

تُقسم ذاكرة أشباه الموصلات إلى فئتين اعتمادا على إمكانية كتابة المعلومات فيها: RAM و ROM. تُشكل النوعان الأخيران الذاكرة المركزية للكمبيوتر.

ذاكرة قراءة فقط تحتوي على برنامج بدء تشغيل الكمبيوتر (مسجل من قبل شركة تصنيع اللوحة الأم). يتم تنفيذه بمجرد تشغيل الجهاز.

ذاكرة العمل للقراءة و الكتابة. يتم تحميل البرامج و البيانات في RAM قبل أن يُنفذها المعالج.

ذاكرة أسرع و أقل سعة وقريبة من المعالج. تُستخدم لتحميل البيانات المستعملة بشكل متكرر من RAM ، وذلك لخفض عدد الوصول إلى RAM ، و لتوفير الوقت.

سريعة جدا و تُستخدم لتخزين العوامل و النتائج المؤقتة ، خلال تنفيذ الأوامر. تقع على مستوى المعالج.

كمية المعلومات التي يمكن للذاكرة تخزينها ، وهي معبر عنها بالبت، البایت، كيلو بايت ....

الوقت المطلوب للقيام بعملية القراءة أو الكتابة في الذاكرة.

أقل فترة زمنية بين اثنين من طلبات الوصول إلى الذاكرة (إذا كانت ذاكرة ذات وصول عشوائي).

كمية المعلومات المقروءة أو المكتوبة في وحدة الوقت.

طول المدة التي تُحفظ خلالها المعلومات في الذاكرة.

موضع الذاكرة في الكمبيوتر.

أبطأ نوع من الوصول إلى الذاكرة. تتعلق بشرائط التسجيل المغناطيسية. للوصول إلى معلومات ما ، يجب العبور من خلال جميع المعلومات التي تسبقها. يختلف وقت الوصول اعتمادا على موضع المعلومات المطلوبة.

نوع من الوصول إلى الذاكرة يعتمد على موضع كل جزء من البيانات المختزنة . يمكن الوصول إلى كل جزء من الذاكرة بشكل مستقل عن الآخرين . يُستخدم في ذاكرة RAM.

نوع متوسط من الوصول إلى الذاكرة ، يُستخدم في القرص الصلب. يُمكن الوصول إلى المسار بشكل سريع ، ولكن الوصول إلى القطاعات في المسار يتم بشكل متسلسل .

نوع من الوصول إلى الذاكرة يُستخدم في الذاكرة الترابطية. تُخزن الذاكرة الترابطية أزواجًا من القيم. يتم إرسال القيمة الأولى من الزوج إلى الذاكرة ، و إذا كانت هذه القيمة موجودة في زوج مُخزن ، فإن الذاكرة تُرجع القيمة الثانية من الزوج.

نُوع من الذاكرة ذات وصول عشوائي ، و هي ذات مدة تخزين مؤقتة ، و هي سريعة ، و تُنظّم على شكل مصفوفة. يمكن الوصول إلى البيانات من خلال عمليات القراءة و الكتابة .

تُستخدم RAM ك ذاكرة عمل - ذاكرة رئيسية - ذاكرة كاش .

تُستخدم أوامر R/W لتحديد اتجاه نقل البيانات (قراءة أو كتابة).

تُستخدم أوامر CS (Select Chip) لتمكين أو تعطيل الذاكرة.

تُستخدم خطوط الإدخال لإرسال المعلومات التي سيتم كتابتها في الذاكرة.

تُستخدم خطوط الإخراج لإستقبال المعلومات التي سيتم قراءتها من الذاكرة .

تُستخدم خطوط العنوان للوصول إلى الذاكرة.

دائرة فك الترميز تُستخدم لتحديد الذاكرة التي سيتم الوصول إليها.

سعة الذاكرة = عدد الكلمات × حجم الكلمة = 2nb @Lines × حجم الكلمة = 2A × D

كل بت يُمثّل خلية ثنائية (BC) مع 3 مداخل و مخرج واحد.

تُستخدم جدول حالات التشغيل في خلق خلية ثنائية باستخدام Flip-Flop .

تُستخدم جدول Karnaugh للتحديد قيمة المتغيرات Out, J, K في خلية ثنائية .

تُستخدم دوائر منطقية متكاملة لإنشاء RAM .

Number of decoder outputs = Number of memory lines = Number of memory слова = 2K = 4.

تستعمل SRAM Flip-Flop للتخزين و DRAM تكاثف للتخزين .

SRAM لا تحتاج إلى إعادة الشحن ، DRAM تحتاج إلى إعادة الشحن .

SRAM   أكثر    تعقيدًا    و    DRAM   أبسط    و    أكثر    كثافة.   

 SRAM   أسرع   و     DRAM   أبطأ    و    أقل    تكلفة.   

SDRAM تتبادل البيانات مع المعالج من خلال التزامن معه عند 100 MHz أو 133 MHz أو 150 MHz.

DDR-SDRAM تُقدم هندسة 64 بت تعمل مع نظام حافلة ساعة من 133 MHz إلى 216 MHz.

DDR-SDRAM تُمكن من قراءة البيانات من حافة صاعدة و حافة هابطة من الساعة.

DDR-SDRAM تُستخدم في شكل DIMM (SO-DIMM).

ذاكرة   ECC   (Error Correction Code)   تستعمل    بت   لإدارة    تصحيح   أخطاء   الذاكرة   .  

ROM غير قابل للإعادة الكتابة ، ثابت ، ويحتوي على BIOS.

BIOS نظام أساسي لإدخال مخرجات الجهاز ، يتعامل مع طبقة الأجهزة.

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) تُستخدم بدلاً من BIOS.

تُسجّل    المعلومات    في    ROM   الكلاسيكي    بشكل   غير    قابل    للإلغاء   (نهائي)    خلال    عملية    ال تصنيع   .    

تُسجّل    المعلومات    في    PROM    بشكل   غير    قابل    للإلغاء   ،    و    يمكن   البرمجة   من   قبل    المستخدم    باستخدام  أداة   تُسمى    برمج    PROM.    

EPROM    تُمكن    من    حذف    المعلومات    و    إعادة    كتابتها.    

EEPROM    تُمكن    من    حذف    المعلومات    و    إعادة    كتابتها    من    خلال    عملية   كهربائية.   

ذاكرة فلاش تُمكن من حذف المعلومات و إعادة كتابتها و هي سريعة جدا.

ROM تُستخدم في إنشاء دوائر منطقية .