فاطمه زنگنه  2019-05-12 09:13:37   

RAM ها و فناوری‌های ساخت آن‌ها

حافظه RAM یا Random-Access Memory فضای کاری پردازنده رایانه میباشد در واقع RAMیک ذخیره گاه است که برنامهها و دادههایی که توسط پردازنده مورد استفاده قرار میگیرد در آنجا قرار دارد.

RAMها به دودسته ی کلی DRAM یا Dynamic Random-Access Memory و SRAM یا Static Random-Access Memory  دسته‌بندی می‌شوند.

حافظه DRAM

تراشه های DRAMدادهها را به‌صورت پویا ذخیره می‌کنند. ذخیره‌ی پویا دو معنا دارد:

1. اینکه داده‌ها می‌توانند بارها و در هر زمانی درحافظه RAM نوشته شود.
2. آنکه داده‌ها درحافظه DRAM هر 15 میلیونم ثانیه رفرش و حتی درصورت لزوم مجددا نوشته می‌شوند.

خانه‌های حافظه‌ی موجود در یک تراشه DRAM  خازن‌های کوچکی هستند که برای نشان دادن یک بیت دارای یک بار می‌باشند مشکل حافظه DRAM پویا بودن آن است و به لحاظ نوع طراحی باید دائما رفرش شوند در غیر این صورت با از بین رفتن بارهای الکتریکی در خازن‌های حافظه داده‌ها نیز از بین میروند. رفرش زمانی اتفاق می‌افتد که کنترل حافظه سیستم یک مکث کوتاه دارد و به همه سطرهای داده دسترسی پیدا می‌کند بسیاری از سیستم‌ها یک کنترلر حافظه دارند که معمولا در پل شمالی  North Bridgeدر مجموعه تراشه مادربرد تعبیه می‌شود کنترلرها هر  رفرش را در 15 میکرو ثانیه انجام میدهد یعنی هر ثانیه 15میکرو ثانیه همهی سطرهای موجود در حافظه خوانده میشود تا دادهها رفرش شوند.

انواع حافظه DRAM

FPM DRAM یا Fast Page Mode DRAM

DRAM استاندارد از طریق یک تکنیک به نام صفحهبندی یا paging قابل  دستیابی می‌باشد. دستیابی عادی به حافظه مستلزم انتخاب نشانی سطر و ستون  است که انجام  این کار زمان می برد. صفحه‌بندی با داشتن نشانی سطر و فقط با تغییر نشانی ستون امکان دسترسی سریعتر به همه داده‌ها را از طریق یک  سطر از حافظه فراهم می‌کند. حافظه‌ای که از این تکنیک استفاده می‌کند حافظه حالت صفحه (Page Mode) یا حالت صفحه سریع ((Fast Page Mode نام  دارد. انواع دیگر Page Mode حافظه Static Column (ستون ایستا) یا Nibble mode نام داشتند.

حافظه صفحهبندی شده  یک طرحواره ساده برای افزایش کارایی حافظه است که حافظه را به صفحاتی باطول بین 512 بایت تا چند کیلو بایت تقسیم می‌کند. سپس مدار صفحه‌بندی دستیابی به محل‌های حافظه دریک صفحه را با تعداد حالت‌های انتظار کمتر امکان پذیر می‌سازد . اگر  محل حافظه مورد نظر خارج ازصفحه جاری باشد برای  انتخاب صفحه جدید توسط سیستم یک چند حالت انتظار اضافه  خواهد شد.

EDO RAM یا Extended Data Output RAM

درسال 1995 نوع جدیدی از حافظه با نام RAM داده‌های گسترش یافته یا EDO در سیستم‌های پنتیوم تعبیه شد. EDO شکل اصلاح شده حافظه FPM می باشد که گاهی اوقات حالت  Hyper  Page نیز نامیده می‌شود. EDO توسط شرکت Micro Technology اختراع وبه ثبت رسید. حافظه EDO از تراشه‌های  خاصی تشکیل می‌شود که یک روی هم افتادگی زمانی را بین دستیابی‌های متوالی ارائه می‌دهد. نام Extended Data Output (داده توسعه یافته) به این  واقعیت اشاره میکند که برخلاف FPM کار درایورهای خروجی  دادههای روی تراشه با تغییر نشانی ستون توسط کنترلر حافظه برای شروع چرخه بعد تمام نمیشود. انجام این کار امکان روی هم افتادگی چرخه بعد روی سیکل قبل را فراهم میکند تا تقریبا 10 نانو ثانیه در هر سیکل صرفه جویی شود.

تاثیر EDO این است که با امکان پذیر نمودن شروع یک دستورالعمل جدید با نشانی ستون به کنترلر حافظه (درحین خواندن داده درنشانی فعلی) زمانهای سیکل افزایش مییابند. انجام این کار بسیار شبیه همان نتیجهای است که در سیستمهای قدیمیتر با میان گذاری بانکهای حافظه به دست می‌آمد ولی دراین جا برخلاف میان گذاری با استفاده ازEDO  شما نیازی به نصب دو بانک مشابه حافظه در سیستم ندارید.

EDO RAM عموما در فرم SIMM 72 پایه ایجاد می‌شود.

BEDO DRAM یا Burst Extended Data Output DRAM

یک تنوع خاص در ،EDO داده‌های توسعه یافته پی در پی یا DRAM BEDO می باشد. BEDO اساسا همان حافظه EDO با ویژگی‌های پی در پی خاص است که برای انتقال داده‌ها سریعتر از EDO استاندارد می‌باشد. متاسفانه فقط مجموعه تراشه 440FX  Natoma  اینتل آن را پشتیبانی می‌کند و این نوع حافظه به سرعت تحت الشعاع SDRAM که مورد توجه طراحان سیستم و مجموعه تراشه سیستم PC است قرار گرفت بدین ترتیب هیچ سیستمی از BEDO استفاده نمی‌کند و دیگر تولید نمی‌شود.

SDRAM یا Synchronous DRAM

 SDRAMعلامت اختصاری  Synchronous DRAM و نوعی  DRAM  است که همزمان با گذر گاه  حافظه کار می‌کند. SDRAM  اطلاعات موجود در حالت پی‌درپی با سرعت بسیار بالا را با استفاده از یک رابط ساعت‌دار سریع انتقال می‌دهد. SDRAM بیشتر تاخیرهای موجود در DRAM غیر همزمان را از بین می‌برد زیرا سیگنال‌ها از قبل با ساعت مادربورد همزمان شده‌اند.

همانند EDO RAM ، مجموعه تراشه شما باید این نوع حافظه را پشتیبانی کند تا در سیستم شما قابل استفاده باشد. از سال 1997 و به همراه 430VX و 430TX ، اکثر مجموعه تراشه‌های شرکت اینتل ، SDRAM را پشتیبانی می‌کنند طوری کهSDRAM  تا سال 2000 حتی 2001 به پر طرفدارترین نوع حافظه برای سیستم‌های جدید تبدیل شده است.

کارایی SDRAM  نسبت به حافظه‌های FPM یا EDO افزایش یافته است . از آن جا که SDRAM یک نوع DRAM  می‌باشد، تاخیر اولیه همچنان وجود دارد، ولی کل زمان‌های چرخه بسیار سریع‌تر از FPM یا EDO است. زمانبندی SDRAM برای دستیابی پی در پی 1-1-1-5 می‌باشد، یعنی چهار حافظه درمقایسه با یازده چرخه در EDO و چهارده چرخه برای FPM، فقط در هشت سیکل گذرگاه سیستم کامل می‌شوند . این امر باعث می شود، SDRAM تقریبا 20 درصد سریعتر از EDO باشد.

SDRAM علاوه بر توانایی کار کردن در چرخه های کمتر، فابلیت پشتیبانی حداکثر 133 مگاهرتز گذرگاه سیستم را نیز دارد.

SDRAM به شکل DIMM  فروخته می شود.

DDR SDRAM یا Double Data Rate SDRAM

حافظهSDRAM DDR  طرحی تکاملی از SDRAM استاندارد است که در آن دادهها با سرعت دو برابر SDRAM انتقال می‌یابند. به جای دو برابر کردن سرعت ساعت واقعی، حافظه DDR با دو برابر نمودن اتصال داده‌ها در هر چرخه، ( یکبار در لبه پایین رونده و یکبار در لبه بالا رونده ) کارایی را دو برابر می‌کند. انجام این کار شبیه روشی است که RDRAM انجام می‌دهد و به طور موثر تعداد انتقال‌ها را دو برابر می‌کند، هرچند از همان ساعت و سیگنال‌های زمان بندی استفاده می‌شوند.

DDR  SDRAM در طول سال 2000 وارد بازار شد، ولی در واقع تا زمان پیشرفت مادربوردها و مجموعه تراشه‌ها که در سال 2001 پشتیبانی شدند، توجهی به آن نمی‌شد.

DDR SDRAM از یک طراحی جدید ماجول DIMM 184 پایه‌ای استفاده می‌کند.

RDRAM یا Rambus DRAM

RDRAM  یا  Rambus DRAM، یک طراحی جدید و اساسی برای حافظه است که از اواخر سال 1999 در سیستم‌های PC گران قیمت ظهور پیدا کرد. در سال 1996 ، شرکت اینتل یک قرار داد با Rambus  امضا کرد برای اطمینان از این که آنها باید تا سال 2001 ،  RDRAM  را پشتیبانی کنند.

Rambus  موارد اساسی گذر گاه حافظه تراشه به تراشه ، به همراه دستگاههای مشخصی که با سرعت بالا با هم ارتباط برقرار میکنند را گسترش داد. نکتهای که ممکن است جالب توجه باشد این است که این فناوری ابتدا برای سیستمهای بازی توسعه یافت و اولین بار توسط سیستم بازی Nintendo معروف شد و پس از آن در بازی های  Sony Playstation 2 استفاده میشد. سیستمهای حافظه قراردادی که از  FPM/EDO یا SDRAM  استفاده میکنند به عنوان سیستمهای کانال پهن شناخته میشود. این سیستمها دارای کانالهای حافظه به پهنای گذرگاه دادههای پردازنده میباشند که برای پنتیوم و بالا تر از آن 64 بیت است . DIMM یک دستگاه با پهنای 64 بیت است، یعنی هر بار 64 بیت (8 بایت ) داده می‌تواند به آن انتقال پیدا کند.

از طرفی دیگر، RDRAMها دستگاه‌های دارای کانال باریک هستند که هر بار فقط داده‌های 16 بیتی (2 بایت ) را علاوه بر دو بیت توازن اختیاری انتقال می‌دهند ( ولی با سرعت‌های بسیار سریعتر ) .

DRAMRها معمولا با سرعت 800 مگاهرتز کار می‌کنند. بنابراین، کل توان عملیاتی آن‌ها 2×800 یا 6/1 گیگا بایت در ثانیه برای یک کانال می‌باشد ( کاملا شبیه  PC1600  DDR  SDRAM ). به دلیل اینکه طراحی RDRAM  تاخیر کمتری را بین انتقال‌ها نشان می‌دهد، همه آنها به طور همزمان در یک سیستم تکراری و فقط در یک جهت اجرا می‌شوند. برای افزایش بیشتر سرعت، در صورت لزوم می‌توانید به طور همزمان از دو یا چهار کانال RDRAM استفاده کنید تا توان عملیاتی حافظه به GB/SEC 3.2  یا GB/SEC 6.4 افزایش یابد.  امروزه مادربوردهایی وجود دارند که از طراحی‌های RDRAM دو کاناله استفاده می‌کنند PC800 RDRAM دو کاناله نیز در حال حاضر سریعترین نوع حافظه PC است که از PC2100 DDR SDRAM پیروی می‌کند. در حال حاضر مجموعه تراشه 840 و850  اینتل RDRAM دو کانال را پشتیبانی می‌کنند.

هر RDRAM موجود در یک RIMM، ضرورتا به صورت یک ماژول مستقل روی گذرگاه داده 16 بیتی عمل می‌کند. همچنین هر تراشه RDRAM دارای یک هسته می‌باشد که روی یک گذرگاه با پهنای 128 بیت و تقسیم شده به هشت بانک 16 بیتی 100 مگاهرتزی کار می‌کند. به عبارت دیگر، در هر 10 نانو ثانیه 100 مگاهرتز، هر تراشه RDRAM ، 16 بایت را به هسته انتقال می‌دهد. یک رابط با سرعت بالا که در داخل، عریض و در خارج ، باریک می‌شود کلید طراحی RDRAM می‌باشد.  

حافظه SRAM یا حافظه‌ی کش

دلیل نامگذاری حافظه SRAM به حافظه‌ای ایستا این است که مانند حافظه DRAM نیازی به رفرش‌های دوره‌ای ندارد و به خاطر نوع طراحی نه تنها نیازی به رفرش دوره‌ای ندارد بلکه بسیار سریع‌تر از حافظه DRAM و همپای پردازنده‌های جدید است. در طراحی تراشه SRAM یک کلاستر شش ترانزیستوری برای هر بیت از ذخیره‌گاه به کار می‌رود. استفاده از ترانزیستورها بدون خازن بدان معناست که رفرش‌های دوره‌ای غیر ضروری است. زیرا هیچ خازنی وجود ندارد که با گذشت زمان بار الکتریکی خود را از دست بدهد. مادامی که رایانه به برق متصل باشد تراشه SRAM محتویات خود را از دست نمیدهد.

تعداد ترانزیستورها و طراحی کلاستری آن‌ها بدان معنا است که تراشه‌های SRAM از نظر فیزیکی بزرگ‌تر از تراشه‌های حافظه DRAM هستند و هم تولید آنها نسبت به حافظه DRAM هزینه بیشتری در بر دارد. برای مثال یک ماژول حافظه DRAM می‌تواند بیش از 64 مگابایت حافظه RAM داشته باشد در حالی که ماژول‌های تراشه SRAM با همان اندازه تقریبی فقط فضایی برای 2 مگابایت داده دارند و قیمت آن‌ها برابر قیمت همان ماژول 64 مگابایتی حافظه DRAM است. اساسا تراشه SRAM از نظر فیزیکی 30 برابر بزرگتر و از نظر قیمت 30 برابر گرانتر ازحافظه DRAM است. قیمت بالا و محدودیت‌های فیزیکی مانع به کار گیری SRAM به عنوان حافظه اصلی سیستم‌های PC شده است.

طراحی و به کارگیری یک حافظه SRAMدر اندازه کوچک و با نام حافظه کش یا Cache Memory با صرفه‌تر است. حافظه کش با سرعت‌هایی نزدیک یا حتی برابر با پردازنده کار می‌کند و حافظه‌ای است که معمولا پردازنده از روی آن می‌خواند و در آن می‌نویسد.

مطلب بالا را از لینک‌های زیر دانلود کنید..

منابع