چطور حافظه كامپيوتر كار مي‌كند؟

واضح آرشیو وب فارسی:همشهری: چطور حافظه كامپيوتر كار مي‌كند؟

تكنولوژي- همشهري آنلاين - رشيد عسگري:
حتماً مي‌دانيد كه كامپيوتر مقابل شما داراي حافظه‌ است. نه تنها يك نوع بلكه چندين حافظه مختلف.

ولي چيزي كه شايد ندانيد اين است كه اكثر وسايل ديجيتالي روزمره نيز داراي حافظه مي‌باشند. براي مثال مي‌توان به تلفن همراه، كنسول‌هاي بازي، راديو اتومبيل، دستگاه ضبط و پخش DVD و CD و حتي تلويزيون نام برد.

اساس كار حافظه‌ كامپيوتر:

گرچه حافظه به هر نوع ذخيره ساز اطلاعات به صورت ديجيتال گفته مي‌شود، ولي معمولاً منظور از حافظه كامپيوتر، نوع غير دائم و سريع آن است.
اگر پردازنده كامپيوتر شما براي دسترسي به اطلاعات مجبور به جستجو در هارد (HDD) بود، حتي ساده‌ترين عمليات ساعت‌ها به طول مي‌انجاميد. ولي وقتي اطلاعات قبل از رفتن به پردازشگر به حافظه منتقل شود، پردازشگر فقط در حجم كوچكي به دنبال اطلاعات مي‌گردد.

اطلاعات چه از صفحه كليد وارد شود و چه از هارد، همگي ابتدا به RAM منتقل مي‌شوند.

تمام اجزاي كامپيوتر به صورت يك تيم با هم در ارتباط هستند. حافظه يكي از مهم‌ترين اجزاي اين تيم است. از زماني كه كامپيوتر خود را روشن مي‌كنيد تا وقتي كه آن را خاموش مي‌كنيد مراحلي طي مي‌شود كه به صورت ساده مي‌توان آن‌ها را به صورت زير بيان كرد:

• كامپيوترتان را روشن مي‌كنيد.
• كامپيوتر روي ROM] ROM چطور كار مي‌كند؟]اطلاعاتي ذخيره مي‌كند و تستي به نام POST را اجرا مي‌كند. اين تست براي اطمينان از سالم بودن اجزاي اصلي ضروري است. در جريان اين تست يك بيت روي هر كدام از حافظه‌ها ذخيره و خوانده مي‌شود تا از كاركرد حافظه‌ها اطمينان حاصل شود.
• كامپيوتر BIOS را روي ROM ذخيره مي‌كند. BIOS شامل اطلاعات ساده‌اي مثل آدرس هارد و سي.دي درايو، ترتيب بوت (BOOT) كردن و Plug and Play (شناسايي خودكار قطعات) است.
• سيستم عامل روي RAM ذخيره مي‌شود. به اين معني كه فقط اجزاي اصلي سيستم عامل روي اين حافظه ذخيره مي‌شود. با اين كار سرعت كار كامپيوتر بالا مي‌رود.
• وقتي برنامه‌اي را اجرا مي‌كنيد، ابتدا اجزاي اصلي آن‌ روي RAMذخيره مي‌شود و در صورت نياز اجزاي ديگر آن ذخيره مي‌شود. همچنين اگر اين برنامه‌ها به فايلي دسترسي دارند اين برنامه روي RAM ذخيره مي‌شود.
• وقتي فايلي را بعد از مورد استفاده قرار گرفتن توسط برنامه‌اي دوباره ذخيره مي‌كنيد، از RAM پاك مي‌شود و به حافظه دائمي منتقل مي‌شود.

در اين پروسه فايل‌هايي كه اجرا مي‌شوند روي RAM يا حافظه غير دائمي ذخيره مي‌شود. به اين ترتيب وقتي فايلي را باز يا برنامه‌اي را اجرا مي‌كنيد، پردازشگر كامپيوتر از RAM در خواست اطلاعات مي‌كند و بعد از انجام پردازش روي اطلاعات آن را دوباره به RAM مي‌فرستد. اين كار به صورت يك چرخه ادامه پيدا مي‌كند. در اكثر كامپيوتر‌ها وقتي برنامه‌اي بسته مي‌شود تمام اطلاعات آن و تمام فايل‌هاي استفاده شده توسط آن ازRAM پاك مي‌شود. به همين دليل اگر اطلاعات روي حافظه دائمي ذخيره نشود از بين مي‌رود.

سوالي كه بعد از نگاه به ليستي كه در ابتدا آورده شد به ذهني هر كسي مي‌رسد اين است كه چرا يك كامپيوتر به اكثر اين حافظه‌ها نياز دارد.

انواع حافظه‌هاي كامپيوتر:

يك كامپيوتر ساده داراي حافظه‌هاي زير است:
• Cache Level1 و Cache Level2
• يك RAM ساده
• حافظه مجازي (Virtual Memory)
• هارد ديسك

پردازشگر‌هاي قوي و پر سرعت نياز به دسترسي سريع به اطلاعات دارند. اگر اين اطلاعات با تأخير برسند، كار پردازشگر مختل مي‌‌شود.

پردازشگري با سرعت 1گيگاهرتز توانايي پردازش ميليون‌ها بايت در يك ثانيه را دارد. مشكل اساسي كه سازندگان سخت افزار با آن روبرو هستند اين است كه حافظه‌اي كه توانايي همكاري با

پردازشگر‌هاي مدرن را داشته باشد بسيار گران‌ است و كاربران عادي توانايي تهيه آن را ندارند.

سازندگان حافظه اين مشكل را حل كرده‌اند. به اين ترتيب كه تعداد كمي حافظه ارزان قيمت را با تعداد بيشتري حافظه ارزان‌تر به هم متصل مي‌كنند.

ارزان‌ترين نوع حافظه؛ نوع دائمي آن است. هارد ديسك بسيار ارزان تر از ساير حافظه‌ها است. اين نوع حافظه آخرين لايه حافظه پردازشگر را به نام حافظه مجازي (Virtual Memory) را تشكيل مي‌دهد.

لايه بعدي RAM است. اندازه بيت (bit) پردازشگر نشان مي‌دهد كه چه مقدار اطلاعات را در يك لحظه از RAM مي‌تواند دريافت كند. براي مثال يك پردازشگر 16 بيتي مي‌تواند 2بايت (byte) اطلاعات از RAM بگيرد.(8بيت = 1 بايت)

مگاهرتز بيانگر تعداد پردازش‌ها به ميليون در يك ثانيه است. به اين معني كه يك پردازشگر 800 مگاهرتزي 32 بيتي مي‌نواند 4 بايت اطلاعات را 800ميليون بار در ثانيه پردازش كند.

RAM كامپيوتر هرگز توانايي كار با اين سرعت بالا را ندارد. به همين دليل در اين ميان از Cache استفاده مي‌شود. در ادامه به معرفي Cache مي‌پردازيم.

RAM:

سرعت RAM توسط پهناي گذرگاه (Bus Width) و سرعت گذرگاه آن (Bus Speed) كنترل مي‌شود. پهناي گذرگاه به تعداد بيت‌‌هايي كه به پردازشگر فرستاده ‌مي‌شود، گفته مي‌شود و سرعت گذرگاه به تعداد دفعاتي كه اين بيت‌ها در يك ثانيه به پردازشگر مي‌روند.

هر بار كه اطلاعات از حافظه به پردازشگر مي‌رود يك نوع چرخه موسوم به Bus Cycle ايجاد مي‌شود. همان طور كه گفته شد پردازشگر 100مگاهرتزي 32 بيتي توانايي پردازش 100ميليون بار 4 بايت اطلاعات را دارد و پردازشگر 66مگاهرتزي 16 بيتي توانايي پردازش نصف اين مقدار اطلاعات به تعداد 66ميليون بار در ثانيه را دارد. با محاسبه‌اي ساده درمي‌يابيد كه سرعت پردازش اولي نقريباً سه برابر دومي است. (132ميليون بايت به 400ميليون بايت)

ولي تصوري كه از سرعت عملكرد RAM داريم با واقعيت تفاوت دارد. زمان لازم براي خواندن اطلاعات توسط پردازشگر (Latency) از سوي RAM اين تفاوت را ايجاد مي‌كند. براي مثال RAM كه با سرعت 100مگاهرتزي كار مي‌كند توانايي فرستادن يك بيت اطلاعات در 0.00000001 ثانيه را دارد ولي ممكن است خواندن اولين بيت 0.00000005 ثانيه طول بكشد. براي جبران اين عقب ماندگي پردازشگر از تكنيكي به نام Burst Mode استفاده مي‌كند.

با اين روش به كنترل گر حافظه پردازشگر اين فرض داده مي‌شود كه انتظار آمدن اطلاعات بعدي را از همان قسمت داشته باشد كه اطلاعات قبلي از آن آمده است و پردازشگر شروع به پردازش پياپي اطلاعات مي‌كند. اين بدين معني است كه تنها خواندن اولين بيت اطلاعات از پردازشگر زمان مي‌گيرد. [RAM چطور كار مي‌كند؟]

Cache:

Cache يكي از ابزاري است كه اطلاعات را آسان‌تر در اختيار پردازشگر قرار مي‌دهد. Cache اطلاعاتي را كه بيشتر توسط پردازشگر استفاده مي‌شود را در خود ضبط مي‌كند. محل قرارگرفتن آن داخل پردازشگر است. حجم نوع اول Level 1 Cache)) از 2 تا 64كيلوبايت است.

نوع دوم (Level 2 Cache) حافظه‌اي جدا از پردازشگر است و مستقيماً به پردازشگر متصل است. حجم اين نوع آن از 256كيلوبايت تا 2 مگابايت است. در اكثر كامپيوتر‌ها 95درصد اطلاعات مورد استفاده پردازشگر توسط Cache تهيه مي‌شود. حجم Cache تأثير زيادي روي كاركرد پردازشگر دارد. [Cache چطور كار مي‌كند؟]

Register:

آخرين لايه حافظه كامپيوتر Register است. Register حافظه‌اي است كه درون پردازشگر قرار دارد و پردازشگر مستقيماً از آن استفاده مي‌كند. اطلاعات مربوط به پردازش اطلاعات و عمليات محاسباتي و منطقي(ALU : Arithmetic And Logic Unit) در اين حافظه قرار دارد.

تاريخ درج: 13 مرداد 1387 ساعت 18:48 تاريخ تاييد: 13 مرداد 1387 ساعت 20:36 تاريخ به روز رساني: 13 مرداد 1387 ساعت 20:34
يکشنبه 13 مرداد 1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: همشهری]

[مشاهده در: www.hamshahrionline.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 700]