دانلود تحقیق انواع حافظه

انواع حافظه :
حافظه های اصلی به کاربرده شده در اجزاء و مدارات سیستم های کامپیوتری دو نوع اصلی را شامل
می شوند:
1.

حافظه با قابلیت دسترسی تصادفی Read Write Memory (RWM)
2.حافظه فقط خواندنی Read Only Memory (ROM)
1.

RWM : تا زمانی که جریان های الکترونیکی از این حافظه گذر کند قادر به ذخیره سازی اطلاعات می باشد .

حافظه RAM شناخته ترین نوع حافظه در دنیای کامپیوتر است.

روش دستیابی به این نوع از حافظه ها تصادفی است .

چون می توان به هر سلول حافظه مستقیماً دستیابی پیدا کرد .

در مقابل حافظه های RAMحافظه های SAM (Serial Access Memory) وجود دارند.

حافظه های SAM اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخیره و صرفاً امکان دستیابی به آنها بصورت ترتیبی وجود خواهد داشت.

(نظیر نوار کاست) در صورتیکه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر یک از سلول های حافظه به ترتیب بررسی شده تا داده مورد نظر پیدا گردد.

حافظه های SAM در مواردیکه پردازش داده ها الزاماً بصورت ترتیبی خواهد بود مفید می باشند ( نظیر حافظه موجود بر روی کارت های گرافیک.) داده های ذخیره شده در حافظه RAM با هر اولویت دلخواه قابل دستیابی خواهند بود.

مبانی حافظه های RAM
حافظه RAM یک تراشه مدار مجتمع (IC) بوده که از میلیون‌ها ترانزیستور و خازن تشکیل شده است.

در اغلب حافظه‌ها با استفاده و بکارگیری یک خازن و یک ترانزیستور می‌توان یک سلول را ایجاد کرد.

سلول فوق قادر به نگهداری یک بیت داده خواهد بود.

خازن اطلاعات مربوط به بیت را که یک و یا صفر است، در خود نگهداری خواهد کرد.

عملکرد ترانزیستور مشابه یک سوییچ بوده که امکان کنترل مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخیره شده در خازن و یا تغییر وضعیت مربوط به آن، فراهم می نماید.

خازن مشابه یک ظرف (سطل) بوده که قادر به نگهداری الکترون‌ها است.

بمنظور ذخیره سازی مقدار یک در حافظه، ظرف فوق می‌بایست از الکترونها پر گردد.

برای ذخیره سازی مقدار صفر، می بایست ظرف فوق خالی گردد.

مساله مهم در رابطه با خازن، نَشت اطلاعات است (وجود سوراخ در ظرف) بدین ترتیب پس از گذشت چندین میلی‌ثانیه یک ظرف مملو از الکترون تخلیه می گردد.

بنابراین بمنظور اینکه حافظه بصورت پویا اطلاعات خود را نگهداری نماید , می بایست پردازنده و یا کنترل کننده حافظه قبل از تخلیه شدن خازن، مکلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری مقداریک باشند.

بدین منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات , حافظه را خوانده و مجدداً اطلاعات را بازنویسی می نماید.

عملیات فوق (Refresh) هزاران مرتبه در یک ثانیه تکرار خواهد شد.

برای Refresh کردن RAM از چیپDAM(Direct Memory Access) استفاده میشود.

علت نامگذاری DRAM بدین دلیل است که این نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات بصورت پویا خواهند بود.

فرآیند تکراری بازخوانی / بازنویسی اطلاعات در این نوع حافظه ها باعث می شود که زمان تلف شده و سرعت حافظه کند گردد.

سلول های حافظه بر روی یک تراشه سیلیکون و بصورت آرایه ای مشتمل از ستون ها (خطوط بیت) و سطرها (خطوط کلمات) تشکیل می گردند.

نقطه تلاقی یک سطر و ستون بیانگر آدرس سلول حافظه است.
حافظه های DRAM با ارسال یک شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزیستور در هر بیت ستون، خواهند شد.در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعیتی خواهند شد که خازن می بایست به آن وضعیت تبدیل گردد.

در زمان خواندن Sense-amplifier ، سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گیری می نماید.

در صورتیکه سطح فوق بیش از پنجاه درصد باشد مقدار یک خوانده شده و در غیر اینصورت مقدار صفر خوانده خواهد شد.

مدت زمان انجام عملیات فوق بسیار کوتاه بوده و بر حسب نانوثانیه ( یک میلیاردم ثانیه ) اندازه گیری میشود.

تراشه حافظه ای که دارای سرعت 70 نانوثانیه است ، 70 نانو ثانیه طول خواهد کشید تا عملیات خواندن و بازنویسی هر سلول را انجام دهد.

سلول های حافظه در صورتیکه از روش هایی بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمایند، بتنهایی فاقد ارزش خواهند بود.

بنابراین لازم است سلول های حافظه دارای یک زیرساخت کامل حمایتی از مدارات خاص دیگر باشند.

مدارات فوق عملیات زیر را انجام خواهند داد:
مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون ) نگهداری وضعیت بازخوانی و باز نویسی داده ها ( شمارنده ) خواندن و برگرداندن سیگنال از یک سلول ( Sense amplifier)اعلام خبر به یک سلول که می بایست شارژ گردد و یا ضرورتی به شارژ وجود ندارد(WRITE ENABEL)
سایر عملیات مربوط به کنترل کننده حافظهً شامل مواردی نظیر : مشخص نمودن نوع سرعت ، میزان حافظه و بررسی خطاء است .

حافظه های SRAM دارای یک تکنولوژی کاملاً متفاوت می باشند.

در این نوع از حافظه ها از فلیپ فلاپ برای ذخیره سازی هر بیت حافظه استفاده می گردد.

یک فلیپ فلاپ برای یک سلول حافظه، از4 تا 6 ترانزیستور استفاده می کند .

حافظه های SRAM نیازمند بازخوانی / بازنویسی اطلاعات نخواهند بود، بنابراین سرعت این نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه های DRAM بیشتر است .با توجه به اینکه حافظه های SRAM از بخش های متعددی تشکیل می گردد، فضای استفاده شده آنها بر روی یک تراشه بمراتب بیشتر از یک سلول حافظه از نوع DRAM خواهد بود.

در چنین مواردی میزان حافظه بر روی یک تراشه کاهش پیدا کرده و همین امر می تواند باعث افزایش قیمت این نوع از حافظه ها گردد.

بنابراین حافظه های SRAM سریع و گران و حافظه های DRAM ارزان و کند می باشند .

با توجه به موضوع فوق ، از حافظه های SRAM بمنظور افزایش سرعت پردازنده ( استفاده ازCache) و از حافظه های DRAM برای فضای حافظه RAM در کامپیوتر استفاده می گردد.
سایر عملیات مربوط به کنترل کننده حافظهً شامل مواردی نظیر : مشخص نمودن نوع سرعت ، میزان حافظه و بررسی خطاء است .

با توجه به موضوع فوق ، از حافظه های SRAM بمنظور افزایش سرعت پردازنده ( استفاده ازCache) و از حافظه های DRAM برای فضای حافظه RAM در کامپیوتر استفاده می گردد.

ماژول های حافظه تراشه های حافظه در کامپیوترهای شخصی در آغاز از یک پیکربندی مبتنی بر Pin با نام DIP(Dual line Package) استفاده می کردند.

این پیکربندی مبتنی بر پین، می توانست لحیم کاری درون حفره هایی برروی برداصلی کامپیوتر و یا اتصال به یک سوکت بوده که خود به برد اصلی لحیم شده است .همزمان با افزایش حافظه ، تعداد تراشه های مورد نیاز، فضای زیادی از برد اصلی را اشغال می کردند.از روش فوق تا زمانیکه میزان حافظه حداکثر دو مگابایت بود ، استقاده می گردید.

راه حل مشکل فوق، استقرار تراشه های حافظه بهمراه تمام عناصر و اجزای حمایتی در یک برد مدار چاپی مجزا (Printed Circut Board) بود.

برد فوق در ادامه با استفاده از یک نوع خاص از کانکتور ( بانک حافظه ) به برد اصلی متصل می گردید.

این نوع تراشه ها اغلب از یک پیکربندی pin با نام SOJ(Small Outline J-lead) استفاده می کردند .

برخی از تولیدکنندگان دیگر که تعداد آنها اندک است از پیکربندی دیگری با نام TSOP (Thin Small Outline Package ) استفاده می نمایند.

تفاوت اساسی بین این نوع پین های جدید و پیکربندی DIP اولیه در این است که تراشه های SOJ و TSOP بصورت surface-mounted در PCB هستند.

به عبارت دیگر پین ها مستقیماً به سطح برد لحیم خواهند شد .

( نه داخل حفره ها و یا سوکت ) .تراشه‌های حافظه از طریق کارتهایی که "ماژول" نامیده می شوند قابل دستیابی و استفاده می باشند.

شاید تاکنون با مشخصات یک سیستم که میزان حافظه خود را بصورت 32 * 8 , یا 16 * 4 اعلام می نماید، برخورده کرده باشید.

اعداد فوق تعداد تراشه‌ها ضربدر ظرفیت هر یک از تراشه‌ها را که بر حسب مگابیت اندازه گیری می‌گردند، نشان می دهد.

بمنظور محاسبه ظرفیت، می توان با تقسیم نمودن آن بر هشت میزان مگابایت را بر روی هر ماژول مشخص کرد.

مثلاً یک ماژول 32 * 4، بدین معنی است که ماژول دارای چهار تراشه 32 مگابیتی است.

با ضرب 4 در 32 عدد 128 (مگابیت) بدست می آید.

اگر عدد فوق را بر هشت تقسیم نماییم به ظرفیت 16 مگابایت خواهیم رسید.نوع برد و کانکتور استفاده شده در حافظه های RAM ,طی پنج سال اخیر تفاوت کرده است.

نمونه‌های اولیه اغلب بصورت اختصاصی تولید می گردیدند.

تولید کنندگان متفاوت کامپیوتر بردهای حافظه را بگونه‌ای طراحی می‌کردند که صرفاً امکان استفاده از آنان در سیستم های خاصی وجود داشت.

در ادامه SIMM (Single in-line memory) مطرح گردید.

این نوع از بردهای حافظه از 30 پین کانکتور استفاده کرده و طول آن حدود 3/5 اینچ و عرض آن یک اینچ بود ( یازده سانتیمتر در 2/5 سانتیمتر ).

در اغلب کامپیوترها می‌بایست بردهای SIMM بصورت زوج هایی که دارای ظرفیت و سرعت یکسان باشند، استفاده گردد.

علت این است که پهنای گذرگاه داده بیشتر از یک SIMM است.

مثلاً از دو SIMM هشت مگابایتی برای داشتن 16 مگابایت حافظه بر روی سیستم استفاده می‌گردد.

هر SIMM قادر به ارسال هشت بیت داده در هر لحظه خواهد بود با توجه به این موضوع که گذرگاه داده شانزده بیتی است از نصف پهنای باند استفاده شده و این امر منطقی بنظر نمی آید.

در ادامه بردهای SIMM بزرگتر شده و دارای ابعاد (11 سانتیمتر در 2/5 سانتیمتر) شدند و از 72 پین برای افزایش پهنای باند و امکان افزایش حافظه تا میزان 256 مگابایت بدست آمد.

بموازات افزایش سرعت و ظرفیت پهنای باند پردازنده‌ها، تولیدکنندگان از استاندارد جدید دیگری با نام DIMM(Dual In-line Memory Module ) حافظه دارای 168 پین و ابعاد 1 * 5/4 اینچ (تقریباً 14 سانتیمتر در 2/5 سانتیمتر) بودند.

ظرفیت بردهای فوق در هر ماژول از هشت تا 128 مگابایت را شامل و می توان آنها را بصورت تک (زوج الزامی نیست) استفاده کرد.

اغلب ماژول‌های حافظه با 3/3 ولت کار می‌کنند.

در سیستم های مکینتاش از 5 ولت استفاده می‌نمایند.

یک استاندارد جدید دیگر با نام RIMM(Rambuse In-line Memory Module) از نظر اندازه و پین با DIMM قابل مقایسه است ولی بردهای فوق ، از یک نوع خاص گذرگاه داده حافظه برای افزایش سرعت استفاده می نمایند.

اغلب بردهای حافظه در کامپیوترهای دستی (NOTEBOOK) از ماژول های حافظه کاملاً اختصاصی استفاده می نمایند ولی برخی از تولیدکنندگان حافظه از استاندارد (Small Outline Dual In-line Memory Module) SODIMM استفاده می نمایند.

بردهای حافظه SODIMM دارای ابعاد 1* 2 اینچ ( 5 سانتیمنتر در 5/2 سانتیمنتر ) بوده و از 144 پین استفاده می نمایند.

ظرفیت این نوع بردها ی حافظه در هر ماژول از 16 مگابایت تا 256 مگابایت می تواند باشد.

بررسی خطاء اکثر حافظه هایی که امروزه در کامپیوتر استفاده می گردند دارای ضریب اعتماد بالایی می باشند.در اکثر سیستم ها ،"کنترل کننده حافظه " درزمان روشن کردن سیستم عملیات بررسی صحت عملکرد حافظه را انجام می دهد.

تراشه های حافظه با استفاده از روشی با نام Parity ، عملیات بررسی خطاء را انجام می دهند.

تراشه های Parity دارای یک بیت اضافه برای هشت بیت داده می باشند.روشی که Parity بر اساس آن کار می کند بسیار ساده است .

در ابتداParity زوج بررسی می گردد.

زمانیکه هشت بیت ( یک بایت) داده یی را دریافت می دارند، تراشه تعداد یک های موجود در آن را محاسبه می نماید.در صورتیکه تعداد یک های موجود فرد باشد مقدار بیت Parity یک خواهد شد.

در صورتیکه تعداد یک های موجود زوج باشد مقدار بیت parity صفر خواهد شد.

زمانیکه داده از بیت های مورد نظر خوانده می شود ، مجدداً تعداد یک های موجود محاسبه و با بیت parity مقایسه می گردد.درصورتیکه مجموع فرد و بیت Parity مقدار یک باشد داده مورد نظر درست بوده و برای پردازنده ارسال می گردد.

اما در صورتیکه مجموع فرد بوده و بیت parity صفر باشد تراشه متوجه بروز یک خطاء در بیت ها شده و داده مورد نظر کنار گذاشته می شود.

parity فرد نیز به همین روش کار می کند در روش فوق زمانی بیت parity یک خواهد شد که تعداد یک های موجود در بایت زوج باشد.

مساله مهم در رابطه با Parity عدم تصحیح خطاء پس از تشخیص است .

در صورتیکه یک بایت از داده ها با بیت Parity خود مطابقت ننماید داده دور انداخته شده سیستم مجدداً سعی خود را انجام خواهد داد.

کامپیوترها نیازمند یک سطح بالاتر برای برخورد با خطاء می باشند.برخی از سیستم ها از روشی با نام به (Error Correction Code) ECC ستفاده می نمایند.

در روش فوق از بیت های اضافه برای کنترل داده در هر یک از بایت ها استفاده می گردد.

اختلاف روش فوق با روش Parity در این است که از چندین بیت برای بررسی خطاء استفاده می گردد.

( تعداد بیت های استفاده شده بستگی به پهنای گذرگاه دارد ) حافظه های مبتنی بر روش فوق با استفاده از الگوریتم مورد نظر نه تنها قادر به تشخیص خطا بوده بلکه امکان تصحیح خطاهای