RAM حافظه اصلی کامپیوتر.

Ram چیست؟

واژه‌ی RAM مخفف Random Access Memory می‌باشد و به معنای حافظه با دسترسی تصادفی است. Ram در واقع یک سخت‌افزار است که در ساخت تمامی دستگاه‌های محاسباتی موجود است. این سخت‌افزار در دستگاه‌های مختلف محاسباتی استفاده می‌شود تا دسترسی سریع پردازنده را به سیستم عامل، نرم‌افزارهای کاربردی و داده‌ها را فراهم کند. این سخت‌افزار در سیستم رایانه‌ای به عنوان حافظه اصلی کامپیوتر نام برده می‌شود. RAM سریعتر از هر حافظه دیگری در کامپیوتر می‌باشد، چون هم در خواندن و هم در نوشتن سریعتر است. حافظه RAM برعکس حافظه‌های HDD و SSD یک نوع حافظه فرار است. حافظه فرار یعنی با قطع جریان برق داده‌های موجود از بین میروند و با راه‌اندازی مجدد سیستم دوباره اطلاعات بارگزاری می‌شوند. معمولا این بارگزاری داده‌ها از حافظه‌های جانبی یعنی HDD یا SSD می‌باشد.

نحوه عملکرد RAM به چه صورت است.

همانطور که در بخش قبل نیز اشاره کردیم، RAM یک حافظه فرار است پس در نتیجه نمی‌تواند داده‌ها را به طور دائم ذخیره کند. تمرکز این حافظه کوتاه مدت بیشتر روی عملیات فوری و درحال اجرا می‌باشد اما در تعداد ذخیره‌سازی عملیات محدودیت دارد. در عملیات کامپیوتری اگر میزان فضای حافظه RAM پُر شود پردازنده بارها و بارها به حافظه‌های جانبی سر می‌زند تا داده‌های قدیمی را با داده‌های جدید پوشش دهد. این عملیات به حافظه رم کمک می‌کند ولی سرعت پردازش سیستم را کاهش می‌دهد.

توجه کنید که حافظه جانبی یا همان هارد دیسک می‌تواند کاملا پر از data باشد در حدی که دیگر داده‌ای قبول نکند اما RAM کاملا پر نمی‌شود. کاربران می‌توانند از کل فضای ترکیبی حافظه جانبی و رم استفاده کنند.

RAM چگونه کار میکند؟

در تعریف حافظه رم واژه‌های random access نشانگر آن است که هر آدرس حافظه‌ای که امکان ذخیره‌سازی داده‌ها را دارد، می‌توان به صورت مستقیم به آن آدرس دسترسی داشت. در حقیقت کل تعریف حافظه با دسترسی تصادفی حافظه اصلی را از حافظه‌های آفلاین متمایز می‌کند.

شاید براتون سوال پیش بیاید که منظور از حافظه آفلاین چیست. منظور از حافظه آفلاین حافظه‌ای است که از نوع نوار مغناطیسی باشد و برای دسترسی به یک داده‌ی خاص باید تمام نوار از اول به صورت خانه به خانه طی شود تا به آدرس خانه data موردنظر برسیم. اما حافظه RAM طوری کنترل و طراحی شده‌است که ذخیره و بازیابی داده‌ها در هر خانه از حافظه که باشد به صورت مستقیم انجام می‌شود. حافظه‌های دیگر از قبیل هارد دیسک خارجی یا CD می‌تواند به صورت دسترسی مستقیم و تصادفی باشد. اما عبارت دسترسی تصادفی در این مدل حافظه‌ها استفاده نمی‌شود.

تعریف آرایه و سلول

برای اینکه کاربر بتواند مفهوم این مطلب را بفهمد با ذکر یک مثال توضیح میدهیم. فرض کنید که RAM از مجموعه‌ای از جعبه‌ها تشکیل شده‌است. هر جعبه آدرس مخصوص به خود و محتوای خود را دارد. آدرس هر جعبه از یک شماره برای سطر و یک شماره برای ستون تشکیل می‌شود و محتوا هر جعبه اعداد 0 یا 1 است. در علوم کامپیوتر هر جعبه را سلول مینامیم و هر دسته‌ از سلول‌ها یک آرایه را تشکیل می‌دهند.

حال که با مفاهیم آرایه و سلول و آدرس آشنا شدیم به سراغ بحث قبل میرویم. در ادامه بحث قبلی که نحوه کار کردن رم بود باید اضافه کنیم که RAM برای پیدا کردن یک سلول، کنترلر رم آدرس سطر و ستون را به تراشه الکتریکی می‌فرستند. هر سطر و ستون در آرایه رم آدرس خط خود را دارد. در نهایت داده‌ای که داخل آن سلول وجود دارد در یک خط داده جداگانه برگشت داده می‌شود. در بیشتر رایانه‌ها، امکان اضافه کردن رم برای کاربران محیا شده‌است. هرچه میزان رم سیستم بیشتر باشد، تعداد دفعاتی که پردازنده به هارد برای خواندن داده‌ها رجوع می‌کند کاهش می‌یابد. ای روند باعث می‌شود پردازنده داده‌ها را از RAM دریافت ‎‎کند و در نتیجه سرعت سیستم افزایش می‌یابد. شاید با خود فکر کنید رجوع پردازنده به هارد چقدر زمانبرتر از رم است. در جواب باید بگوییم که میزان زمان دسترسی به رم نانوثانیه است، درحالی که هارد میکروثانیه است.

تفاوت RAM با حافظه‌های HDD و SSD

از لحاظ فیزیکی سایز RAM کوچک است و از ریز تراشه ها تشکیل می‌شود. از لحاظ میزان فضای ذخیره‌سازی نیز کوچک‌تر است، چراکه یک رم معمولی منصوب داخل لپتاپ 8 گیگ است، درحالی که یک هارد دیسک می‌تواند تا چند ترابایت فضای ذخیره‌سازی به شما بدهد.

یک هارد HDD داده‌ها را روی یک سطح مغناطیسی ذخیره می‌کند، این سطح شبیه صفحه گرامافون می‌باشد. در هارد SSD داده‌ها روی تراشه مموری ذخیره می‌شود. ولی SSD بر خلاف RAM از نوع حافظه غیر فرار است و با قطع جریان برق داده‌ها از بین نمی‌روند. میکروچیپ‌های رم در کنار هم بسته شده‌اند و یک ماژول مموری تشکیل داده‌اند. این ماژول از طریق SLOT به مادربرد متصل می‌شود. حافظه‌های جانبی از طریق کابل‌های SATA به مادربرد متصل می‌شوند.

چقدر RAM برای سیستم نیاز است؟

با توجه به آنچه تا اینجا خواندیم از میزان اهمیت رم برای سیستم مطلع شدیم. میزان رم مورد نیاز بستگی به این دارد که کاربر چه کاری با سیستم انجام می‌دهد. اگر هدف کاربر استفاده از سیستم فقط برای نرم‌افزارهای متن محور یا سبک باشد رم 4 گیگ کافی است و اگر کاربر فعالیت‌های گرافیکی مثل نرم‌افزار PHOTOSHOP نیاز دارد باید حداقل رم 8 گیگ استفاده کنید. کارهای گرافیکی سنگین مثل ویرایش ویدئو ، باید حداقل 16 گیگ رم استفاده شود.

انواع RAM

رم در 2 نوع اصلی DRAM و SRAM تقسیم‌بندی می‌شود. جلوتر با آنها آشنا می‌شویم.

DRAM: این عبارت مخفف Dynamic Random Access Memory و به معنای حافظه پویا با دسترسی تصادفی می‌باشد. این مدل رم بیشتر دستگاه‌های کامپیوتری را تشکیل می‌دهد و همانطور که گفتیم برای ذخیره داده‌ها به جریان برق نیاز دارد. هر سلول DRAM خازن الکترونیکی دارد که این خازن یا شارژ دارد یا کمبود شارژ دارد. Data داخلی این خازن مدام باید در هر چند میلی ثانیه شارژ الکترونیکی شود تا داده را بتواند بازیابی کند و کمبود شارژ خازن را تامین کند.

SRAM: این عبارت مخفف Static Random Access Memory است و به معنای حافظه ایستا با دسترسی تصادفی می‎باشد. این مدل نیز مانند DRAM به جریان مدام برق نیاز دارد ولی روش بازیابی آن متفاوت است. در SRAM بجای استفاده از خازن برای شارژ کردن، از ترانزیستور استفاده می‌شود. این ترانزیستور به عنوان سوئیچ عمل میکند و دو مقدار 0 و 1 را حفظ می‌کند. بدین منظور SRAM به چندین ترانزیستور برای هر بیت نیاز دارد. ولی DRAM  فقط به یک ترانزیستور برای هر بیت نیاز دارد. در نتیجه سایز تراشه SRAM خیلی بزرگتر و قیمت بالاتری نسبت به DRAM دارند.

به هرحال SRAM سریعتر از DRAM است و برق کمتری نیز مصرف می‌کند. سرعت و قیمت SRAM باعث شده‌است تا از این تراشه در حافظه پنهان پردازنده‌ها استفاده شود.

روند پیدایش SDRAM

در واقع RAM یک سخت‌افزار نامتقارن بود، چون این سخت‌افزار Clock Speed متفاوتی نسبت به پردازنده داشت. این تفاوت باعث ایجاد مشکل برای پردازنده شده بود چراکه پردازنده پر قدرت بود و رم نمی‌توانست به موقع داده‌های درخواستی پردازنده را تامین کند. در اوایل دهه 1990 میلادی با معرفی حافظه SDRAM(Synchronous Dynamic RAM) Clock Speed رم با پردازنده هماهنگ شد. با این هماهنگی که میان حافظه اصلی و ورودی‌های پردازنده صورت گرفت، کامپیوترها قادر به اجرای سریعتر برنامه‌ها شدند. اما این سرعت کافی نبود و سریعا به سقف محدودیت خود رسید. حدود سال 2000 میلادی تکنولوژی Double Data Rate Synchronous Random Access Memory یا همان DDR SRAM توسعه یافت. این تکنولوژی باعث انتقال داده‌ها دوبار در یک چرخش زمانی شد، یکبار در شروع و یکبار در پایان.

DDR SDRAM این تکنولوژی چندین بار توسعه یافت و به DDR2، DDR3، DDR4 و DDR5 دست پیدا کرد. هر ورژن دارای سرعت بیشتر و کاهش مصرف برق کمتری به نسبت قبلی داشت. اما هرکدام از این ورژن‌ها با ورژن قبلی ناسازگار بودند، چون در هر مرتبه داده‌ها در دسته‌های بزرگتری مدیریت می‌شدند.

GDDR SDRAM

این مدل از رم در کارت‌های گرافیک مورد استفاده قرار میگیرد. Graphics double data rate یا همان GDDR دارای تکنولوژی شبیه DDR می‌باشد. این تکنولوژی به داده‌ها این توانایی را میدهد تا در نقاط مختلف یک چرخه ساعت پردازنده جابجا شوند. فقط توجه داشته باشید که GDDR در ولتاژ بالاتر و با زمان‌بندی دقیق‌تری نسبت به DDR کار می‌کند. زمانی که کارت گرافیک قصد پردازش سنگین مثل 2D یا 3D به صورت همزمان دارد، GDDR می‌تواند با سرعت بیشتر و پهنای باند بالاتر کارایی پردازنده گرافیکی را به نهایت خود برساند.

همانطور که در بخش قبلی DDR نسل‌های متفاوتی داشت که در هر نسل کارایی بیشتر با مصرف برق کمتر را داشتند. این تکنولوژی نیز به همین صورت است. در حال حاضر آخرین نسل معرفی شده از GDDR مدل GDDR7 می‌باشد.

RAM در برابر Flash memory

هر دو سخت‌افزاری که نام بردیم جز تراشه‌های حالت جامد هستند. اما این 2 نقش‌های متفاوتی در دنیای دیجیتالی بازی می‌کنند همانطور که تکنولوژی ساخت، قیمت و کارایی متفاوتی دارند. حافظه فلش برای ذخیره‌سازی data استفاده می‌شود اما رم به عنوان یک حافظه فعال، محاسباتی روی داده‌های بازیابی شده از حافظه انجام می‌دهد. تفاوت عمده دیگری که وجود دارد در نحوه پاک کردن داده‌ها است. در حافظه فلش که به صورت NAND می‌باشد، در هنگام حذف کل بلاک‌ها حذف می‌شوند. اما در رم داده‌های در بیت‌های جداگانه قابل حذف هستند، این عمل باعث افزایش سرعت RAM در حذف داده‌ها می‌شود. حافظه فلش مموری به صورت غیرفرار است و بدون جریان برق می‌تواند داده‌ها را حفظ کند و قیمت کمتر و سرعت کمتر نسبت به رم دارد. تمام این دلایل سبب استفاده از این تکنولوژی در حافظه‌های SSD شده‌ است.

تفاوت RAM با ROM چیست؟

حافظه ROM یا Read Only Memory یکی از حافظه‌های کامپیوتر است که فقط داده‌های خواندنی را ذخیره می‌کند و امکان نوشتن ندارند. ROM اطلاعات بوت سیستم را در خود ذخیره می‌‎کند و زمان روشن شدن سیستم این داده‌ها خوانده می‌شوند. ROM امکان جایگزینی و دوباره برنامه‌ریزی شدن ندارد. از حافظه ROM برای نگهداری دائم اطلاعات استفاده می‌شود. اما در مقابل حافظه RAM اطلاعات را به صورت موقت نگهداری می‌کند. حافظه ROM بالعکس حافظه RAM به صورت غیرفرار است یعنی داده‌ها با قطع جریان برق پاک نمی‌شوند. حافظه ROM در حد چند مگابایت است ولی RAM می‌تواند چند گیگابایت باشد.

RAM چه قیمتی دارد؟

قیمت RAM بسته به نوع آن نوسان دارد. این نوسان به دلایل متعددی است که به چند مورد از آن اشاره می‌کنیم.

میزان عرضه مازاد.

تنش بازار در کشورهای ژاپن و کره جنوبی (2 قطب قدرتمند تراشه‌های مموری)

زمان معرفی نسل بعدی و تکنولوژی جدید.

افزایش تکنولوژی 5G.

حضور و مشارکت بیشتر شرکت‌های لوازم پرمصرف الکترونیکی در استفاده از رم در لوازم هوشمند خانگی (IOT).

آینده دنیای حافظه RAM

یکی از تکنولوژی‌هایی که در دست پیشرفت است تکنولوژی RERAM یا RRAM است. این فناوری یک حافظه غیرفرار است که می‌تواند مقاومت مواد دی‌الکتریک جامد که از آن تشکیل شده‌اند را تغییر دهد. ReRAM در سوئیچ کردن به نسبت سایر حافظه‌ها سرعت بیشتری دارد همچنین تراکم حافظه بالا و مصرف کمتری نیز دارد. این قابلیت‌ها باعث خواهد شد تا این فناوری یک گزینه مناسب برای جایگزینی انواع حافظه‌ها باشد. این فناوری می‎‌تواند در صنعت رایانه، خودروسازی و برنامه‌های کاربردی متصل به اینترنت استفاده شود.