RAM، ROM وأنواع الذاكرة
| English | العربية |
|---|---|
| RAM/ræm/ | ذاكرة RAM |
| ROM/rɒm/ | ROM |
| volatile/ˈvɒlətaɪl/ | متقلب |
| non-volatile/nɒn ˈvɒlətaɪl/ | غير متقلب |
| firmware/ˈfɜːmweə/ | برمجيات ثابتة |
| bootstrap/ˈbuːtstræp/ | تشغيل أولي |
| SRAM/ˈesræm/ | SRAM |
| DRAM/ˈdiːræm/ | DRAM |
| flip-flop/flɪp flɒp/ | فليب فلوب |
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | مكثف |
| refreshed/rɪˈfreʃt/ | مُحدَّث |
| cache/kæʃ/ | cache |
| PROM/prɒm/ | PROM |
| EPROM/ˈiːprɒm/ | EPROM |
| EEPROM/ˌiːiːˈprɒm/ | EEPROM |
ذاكرة نسجت يدوياً
- حاسب Apollo التوجيهي الذي طار إلى القمر احتفظ ببرامجه في ذاكرة الحبل النسيجي: أسلاك مُدّت يدوياً عبر أو حول حلقات مغناطيسية صغيرة، مرور واحد لـ 1، والآخر لـ 0.
- بمجرد النسيج، لم يعد يمكن تغيير شيء. كانت ذاكرة قراءة فقط بأشد صورتها، وهذا يعني أن برمجيات الطيران يجب أن تنتهي قبل أشهر من الإطلاق.
- بيانات عمله الحية عشت في ذاكرة منفصلة قابلة للمسح تخسر كل شيء عند انقطاع الطاقة.
- كل حاسب منذ ذلك الحين يمتلك نفس النوعين من الذاكرة الرئيسية. هذه الدرس يتعلق بالتمييز بينهما واختيار أحدهما.
RAM و ROM
- RAM (ذاكرة الوصول العشوائي) هي متطايرة: محتوياتها تُفقد عند انقطاع الطاقة. تحتفظ بنظام التشغيل والبرامج قيد التشغيل وبياناتها، وتُقرأ وتُكتب باستمرار.
- ROM (ذاكرة القراءة فقط) هي ثابتة: تحتفظ بمحتوياتها دون طاقة. تُكتب مرة واحدة، وفي الاستخدام العادي تُقرأ فقط.
- ROM تحتفظ بـ البرمجيات الثابتة و التشغيل الأولي الذي يشغل الحاسب، أو البرنامج الكامل لنظام مدمج. RAM كبيرة ويمكن عادة زيادتها؛ ROM صغيرة وثابتة.
RAM متطايرة وقراءة/كتابة؛ ROM ثابتة وقراءة فقط
مختبر الأجهزة والتخزين
صنّف أمثلة الحوسبة بناءً على الوظيفة التي تؤديها في النظام.
أي عبارة صحيحة؟
RAM تفقد محتوياتها بدون طاقة (متطايرة)؛ ROM تحافظ عليها (غير متطايرة).
تحتوي ROM عادةً على:
ROM غير متطايرة وتُكتب مرة واحدة، لذا تخزن البرامج الثابتة للإقلاع. البرامج قيد التشغيل تعيش في RAM.
مثال محلول: سؤالان مفضلان
- اشرح لماذا يقوم حاسب بـ RAM أكبر بأداء أفضل. يمكنه حمل برامج أكثر وبيانات في الذاكرة في آن واحد، لذا يقل تبديلها بين الذاكرة والقرص، فيعمل بشكل أسرع.
- اذكر استخدام ROM في جهاز كمبيوتر وغسالة. في الكمبيوتر، كود بدء التشغيل الذي يفحص الأجهزة ويحمل نظام التشغيل. في الغسالة، برنامج التحكم الكامل الذي لا يتغير أبداً.
- كلا الإجابتين تذكران ما هو مخزن و سبب وجوب وجوده هناك.
الكمبيوتر الذي يحتوي على المزيد من RAM يحمل المزيد من البرامج والبيانات في وقت واحد، لذا يقوم بمقايضة أقل بين الذاكرة و____، مما يجعله يعمل بشكل أسرع.
عند امتلاء ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، يقوم نظام التشغيل بنقل الصفحات إلى الذاكرة الثانوية وعودتها، وكل عملية تبديل أبطأ بألاف المرات من عملية الوصول إلى الذاكرة.
تسلسل بدء التشغيل
- تشغيل الطاقة. يقرأ المعالج تعليماته الأولى من ROM، لأن RAM فارغة بعد.
- تفحص البرمجيات الثابتة الأجهزة، ثم تحمل نظام التشغيل من التخزين الثانوي إلى RAM.
- من هنا onwards يعمل المعالج من RAM. ROM تشعل النظام؛ RAM تحتفظ بالعمل النشط.
وحدة RAM: سريعة، متطايرة، وفارغة حتى تمتلئ بواسطة البرمجيات الثابتة
رتب تسلسل بدء التشغيل.
ذاكرة ROM غير متطايرة، لذا فإن برمجيتها الثابتة موجودة عند تشغيل الطاقة؛ ثم تقوم بتحميل نظام التشغيل إلى ذاكرة RAM المتطايرة.
SRAM و DRAM
- SRAM (ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة) تخزن كل بت في flip-flop من عدة ترانزستورات. هي سريعة وتستهلك طاقة قليلة عند الخمول، لكنها باهظة الثمن وتخزن عددًا أقل من البتات لكل شريحة.
- DRAM (ذاكرة الوصول العشوائية الديناميكية) تخزن كل بت كشحنة على مكثف صغير واحد مع ترانزستور واحد. أرخص وأكثر كثافة، لكن أبطأ، وتتسرب الشحنة، لذا يجب تحديث كل خلية آلاف المرات في الثانية.
- لذلك تُستخدم SRAM للمعالج的小型، سريع cache، وDRAM للذاكرة الرئيسية الكبيرة.
ذاكرة SRAM سريعة لكنها باهظة الثمن، لذا تُستخدم بشكل رئيسي في:
ذاكرة SRAM (كشكات الانعكاس) سريعة لكن ليست كثيفة، مثالية للذاكرة المؤقتة الصغيرة السريعة. بينما تُستخدم DRAM للذاكرة الرئيسية الكبيرة.
يجب تحديث ذاكرة DRAM (إعادة الكتابة) آلاف المرات في الثانية للحفاظ على بياناتها.
تخزن DRAM كل بت كشحنة على مكثف، تتسرب هذه الشحنة — لذا يتم تحديثها باستمرار. أما SRAM فلا تحتاج إلى ذلك.
صل كل نوع من الذاكرة بسماتها الأساسية.
ينقسم RAM/ROM حسب التطاير؛ وينقسم SRAM/DRAM حسب السرعة مقابل الكثافة.
مثال محلول: لماذا هذه الذاكرة هنا؟
- اشرح لماذا تستخدم الأنظمة المضمنة ذاكرة DRAM كذاكرة رئيسية. فهي تحتاج إلى سعة ذاكرة كبيرة بتكلفة منخفضة وفي مساحة صغيرة، ومتطلبات سرعتها متواضعة، لذا فإن ذاكرة DRAM الأرخص والأكثر كثافة هي الخيار الأنسب.
- اشرح لماذا تكون ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج من نوع SRAM. الذاكرة المؤقتة صغيرة ويجب أن تكون الأسرع قدر الإمكان، ولا تحتاج SRAM إلى دورة تحديث قد تبطئها، لذا فإن تكلفتها الأعلى لكل بت تستحق الدفع مقابل هذه السرعة.
- يجادل أحد الإجابات من حيث التكلفة والكثافة، والآخر من حيث السرعة. حدد أيهما يهم للجهاز المذكور في السؤال.
لماذا يستخدم النظام المدمج DRAM بدلاً من SRAM للذاكرة الرئيسية؟ حدد كل الخيارات الصحيحة.
التكلفة والكثافة هما مزايا DRAM. وهي أبطأ وتحتاج إلى التحديث؛ يقبل الجهاز ذلك لأن متطلبات سرعته متواضعة.
PROM و EPROM و EEPROM
- PROM (ذاكرة ROM القابلة للبرمجة) تُكتب مرة واحدة بواسطة المستخدم باستخدام جهاز برمجة عن طريق حرق الفيوزات. لا يمكن مسحها.
- EPROM (ذاكرة ROM القابلة للمسح والبرمجة) يتم مسحها بواسطة أشعة فوق بنفسجية قوية عبر نافذة من الكوارتز، وتتم عملية المسح للشريحة بأكملها في آن واحد، ويجب إخراجها من الدائرة الكهربائية للقيام بذلك.
- EEPROM (ذاكرة ROM القابلة للمسح كهربائياً والبرمجة) يتم مسحها وإعادة كتابتها كهربائياً، بايتاً واحداً في كل مرة، بينما تظل متصلة بالدائرة. ذاكرة الفلاش هي مشتق تم تحسينه لمسح كتل كاملة بسرعة.
تختلف EEPROM عن EPROM لأنها يمكن أن:
تُمحى EEPROM كهربائيًا بتًا تلو الآخر في مكانه؛ تحتاج EPROM إلى الأشعة فوق البنفسجية لمحو الرقاقة بالكامل؛ وPROM تُكتب مرة واحدة فقط.
مثال محلول: "قدم فرقاً اثنين"
- قدم فرقاً اثنين بين EPROM و EEPROM. يُذكر كل فرق لكلتا النوعين على حدة.
- يتم مسح EPROM بواسطة الأشعة فوق البنفسجية، بينما يتم مسح EEPROM بواسطة إشارة كهربائية.
- يمسح EPROM الشريحة بأكملها في آن واحد ويجب إزالتها من الدائرة، بينما يمسح EEPROM بايتاً واحداً في كل مرة ويبقى مكانه.
- الفرق الذي يُذكر لجانب واحد فقط يُعد نصف الإجابة.
صل كل نوع من ROM بطريقة المحو أو إعادة الكتابة.
الأسماء تقول ذلك: قابلة للبرمجة، قابلة للمسح والبرمجة، قابلة للمسح الكهربائي والبرمجة.
اختيار الذاكرة المناسبة للعمل
- ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج: SRAM، لأنها يجب أن تكون الأسرع ويمكن أن تكون صغيرة.
- الذاكرة الرئيسية لأجهزة الكمبيوتر أو الهواتف أو الأنظمة المضمنة: DRAM، لأنها يجب أن تكون كبيرة ورخيصة.
- البرمجيات الثابتة التي قد تحتاج إلى تحديث في الموقع: EEPROM أو فلاش، حتى يمكن تثبيت الإصلاح دون فتح الجهاز.
- البرمجيات الثابتة التي لا تتغير أبداً، يتم تصنيعها بملايين النسخ: mask ROM أو PROM، وهي الأرخص和最安全的.
قد يحتاج البرنامج الثابت للراوتر إلى تحديث أمني بعد بيعه. أي ذاكرة يجب أن يحتوي عليه؟
يجب أن يبقى موجودًا بدون طاقة، لذا ليس RAM، ويجب أن يكون قابلاً لإعادة البرمجة في مكانه، لذا ليس PROM. يمكن إعادة برمجة EEPROM أو الفلاش كهربائيًا دون فتح الجهاز.
علامات ضائعة
- عبارة "لا يمكن كتابة بيانات على ROM" صحيحة فقط لـ mask ROM. أما PROM فتُكتب مرة واحدة؛ وEPROM وEEPROM يمكن إعادة كتابتهما بالطرق المذكورة أعلاه.
- التحديث (Refresh) يخص DRAM فقط. تحتفظ SRAM ببياناتها في فلوب فلوب ولا تحتاج إلى تحديث.
- SRAM وDRAM هما نوعان من RAM؛ بينما PROM وEPROM وEEPROM هي أنواع من ROM. لا تقم بدمج القائمتين معاً.
- مصطلح "متقلب" (Volatile) يتعلق بـ الطاقة وليس السرعة. قُل "تفقد محتوياتها عند انقطاع الطاقة".
يجب تحديث SRAM آلاف المرات في الثانية للحفاظ على محتوياتها.
التحديث شرط خاص بـ DRAM، لأن شحنة المكثف تتسرب. أما كشكة الانعكاس فتحتفظ بحالتها طالما الطاقة مستمرة.
لقد فهمت الأمر
- RAM متقلبة، قراءة/كتابة، تحتفظ بالبرامج قيد التشغيل؛ ROM غير متقلبة، قراءة فقط، تحتوي على البرمجيات الثابتة؛ starts ROM النظام، RAM تقوم بالعمل.
- SRAM تعتمد على فلوب فلوب، سريعة، بدون تحديث → ذاكرة مؤقتة؛ DRAM تعتمد على مكثف، أكثر كثافة وأرخص، تحتاج لتحديث → ذاكرة رئيسية.
- PROM تُكتب مرة واحدة؛ EPROM تُمسح بالأشعة فوق البنفسجية، الشريحة بأكملها، خارج الدائرة؛ EEPROM تُمسح كهربائياً، بايتاً واحداً، داخل الدائرة (الفلاش = مسح الكتل).
- إجابة "الفرق" تذكر الجانبين؛ إجابة "لماذا هذه الذاكرة" تجادل من حيث السرعة أو من حيث التكلفة والكثافة.