اصول چگونگی کارکرد حافظه، اهمیت آن و انتخاب حافظه مناسب

[Fahim 9,563]

اگر مي‌خواهيد درباره آخرین فناوری‌های دنیای حافظه یا تجهیزات جانبی‌ مانند خنک‌کننده و لامپ‌های LED چشمک‌زن اطلاعاتی به‌دست آورید، در این مقاله چیزی نصیب شما نخواهد شد. در عوض، در این مقاله درباره اصول چگونگی کارکرد حافظه، اهمیت آن و انتخاب حافظه مناسب برای به‌روزرسانی سیستم اطلاعاتی خواهید خواند. ما روی «آنچه باید بدانید» تمرکز خواهیم کرد و توضیح می‌دهیم که چرا انتخاب حافظه مناسب برای سیستم بسیار مهم است و مهم‌تر از آن، چرا بررسی دقیق مشخصات فنی مدل‌هاي مختلف حافظه برای پیداکردن یک حافظه سریع‌تر، اغلب اوقات اتلاف وقت است.

 

اینترنت لبریز از سایت‌های مختلف بررسی سخت‌افزار است که جزئي‌ترين مشخصات ماجول‌های حافظه را در بررسی‌های خود مد نظر قرار می‌دهد. اما متأسفانه بسیاری از اطلاعات این بررسی‌ها گمراه‌کننده، از تاریخ گذشته یا نامربوط هستند. بنابراین، اگر قرار نیست کامپیوتر خود را به‌نمایش بگذارید، بايد درباره رنگ خنک‌کننده آن نیز فکر کنید؟ اگر فکر می‌کنید، رنگ خنک‌کننده مهم است، اشتباه کرده‌ايد. ویژگی‌هایی هستند که فقط برای رنگ و لعاب بخشیدن به آنچه بیشتر جنبه تزئینی دارد و در عین حال از لحاظ فنی پیچیده است، کاربرد دارند. به‌همين‌دليل، تولیدکنندگان حافظه به متخصصانی برای اضافه‌کردن این «ویژگی‌ها» تبدیل شده‌اند که لزوماً بهره‌وری سیستم را افزایش نمی‌دهند، اما باعث افزایش قیمت محصول مي‌شوند. این نوع حافظه‌ها کيفيت خوبي دارند، اما اگر به‌دنبال یک تغییر بزرگ و چشم‌گیر در کارایی هستید، شاید ناامیدشوید.

بازگشت به اصول

با یک واقعیت ساده که کمتر دیده شده و کمتر به آن اشاره شده، آغاز می‌کنیم: صرف‌نظر از هر سرعت انتقالی که رسماً روی یک ماجول حافظه نوشته شده‌باشد، تمام تراشه‌های حافظه دسکتاپ موجود در فرکانس داخلی کمتر از دويست مگاهرتز کار می‌کنند، موضوعی که سال‌ها است تغییری نکرده‌است (نمودار 1). حتی سرعت داخلي جدیدترین ماجول‌های 1600 مگاهرتزی هشت برابر کمتر از نرخ سرعت تبلیغ‌شده دارند. دلیل این امر یک ترفند هوشمندانه است. برای اطلاعات بیشتر درباره چگونگی کارکرد حافظه کادر «آناتومي حافظه» را بخوانید.

 

امروزه، تمام کامپیوترهای شخصی و لپ‌تاپ‌ها از رم‌های DDR SD (سرنامDouble Data Rate Synchronous Dynamic) استفاده می‌کنند، اگرچه ممکن است ماجول‌های قدیمی هنوز از نوع Single Data Rate استفاده کنند. حتی ممکن است کامپیوترهای قدیمی‌تری را با حافظه‌های غیرهمزمان D-RAM پیدا کنید، مانند FPM (سرنام Fast Page Mode) یا EDO (سرنام Extended Data Out). البته، این روزها خریداري این نوع حافظه‌ها که به جای Dimms (سرنامDual In-line Memory‌‌‌ Modules) بــــه‌صـــــورت Simms (ســـــرنــــــــــامSingle In-line Memory Modules) عرضه می‌شوند، مشکل است. D-RAM همزمان طوری طراحی‌شده که با سرعتی برابر با سرعت باس سیستم (ارتباط میان پردازنده و حافظه) کار کند که با عنوان FSB (سرنام Front-Side Bus) نیز شناخته می‌شود. بنابراین، اگر باس سیستم با سرعت 133 مگاهرتز کار کند، کلاک حافظه نیز در فرکانس 133 مگاهرتز کار خواهد کرد.

نرخ داده مضاعف یا DDR به این معنا است که برای هر «Tick» کلاک باس دو بسته داده امکان انتقال می‌یابند و این موضوع از لحاظ تئوری، باعث دوبرابر شدن سرعت کلاک می‌شود. بنابراین، یکDDR SD-RAM با سرعت صد مگاهرتز در یک کامپیوتر با باس سیستم 64 بیتی می‌تواند داده را با سرعت دويست مگاهرتز انتقال دهد؛ این یعنی 64 بیت داده دویست میلیون بار در ثانیه یا 6/1 گیگابیت در ثانیه. تولیدکنندگان مختلف برای دستیابی به سازگاری درباره استانداردهای مختلف طراحی و یک قرارداد نام‌گذاری توافق کرده‌اند. به‌عنوان مثال، یک حافظه DDR با سرعت دويست مگاهرتز با عنوان PC1600 شناخته می‌شود. عدد 1600 نشان‌دهنده سرعت انتقال داده 1600مگابیت در ثانیه است که روی باس سیستم یک کامپيوتر شخصي 64 بیتی ممکن است. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره نام‌گذاری حافظه‌ها جدول 1 را ببینید. در این میان، انواع دیگری مانند PC4000 (500/250 مگاهرتز) نیز وجود دارند که با سرعت باس سیستم تطابق ندارند و بیشتر برای افراد مشتاقی عرضه‌می‌شوند که می‌خواهند حافظه خود را اورکلاک کنند. بعضی مادربردها اجازه می‌دهند که باس حافظه با سرعتی متفاوت با باس سیستم کار کند، اما از آنجا که حافظه همزمان برای کار با سرعتی مطابق با سرعت باس سیستم طراحی شده‌است، چنین کاری پيشنهاد نمی‌شود.

 

DDR2

حافظه‌های DDR2 پس از جایگزینی انواع DDR با عنوان PC2-xxxx شناخته شدند. به‌عنوان مثال، حافظه DDR2 با سرعت چهارصد مگاهرتز تحت‌عنوان PC2-6400 شناخته می‌شود. عدد موجود در این نام نشان‌دهنده نرخ انتقال داده است که در این مورد 6,4 گیگابیت در ثانیه است. از آنجا که DDR2 (1,8 ولت) با ولتاژی کمتر از DDR (2,5 ولت) کار می‌کند، حرارت کمتری تولید کرده و برق کمتری مصرف می‌کند. سرعت‌های کلاک استاندارد DDR2 عبارتند از 200، 226 و 333 مگاهرتز، البته انواع دیگری نيز برای کاربرانی که اورکلاک می‌کنند، وجود دارد، از جمله ماجول‌های PC2-8000 با سرعت پانصد مگاهرتز و

يک گیگاهرتز. ماجول‌های DDR2 با مادربردهای DDR سازگار نیستند، زیرا به‌جای ماجول 184 پین (که مورد استفاده حافظه‌های DDR است) از ماجول 240 پین استفاده می‌کنند.

 

DDR3

آخرین نوع ماجول حافظه که همزمان با Core i7 اینتل عرضه شد DDR3 است. این ماجول از DDR2 نیز کم‌مصرف‌تر است و مصرف برقی برابر با 1,5 ولت و حتی در موارد ویژه کم‌مصرف 1,35 ولت دارد. این ماجول از یک سری ویژگی‌های جدید فنی برای افزایش نرخ انتقال داده و اطمینان‌پذیری استفاده می‌کند، مانند امکان پاک‌سازی حافظه هنگام راه‌اندازی دوباره. این ماجول همچنین پایپ‌لاین pre-fetch را (کادر «آناتومي حافظه» را مشاهده‌کنيد) به هشت بیت (در مقابل چهار بیت در DDR2) افزایش داده است تا نرخ انتقال داده تا هشتصد مگاهرتز (12,8 گیگابیت در ثانيه) امکان‌پذیر باشد.

 

DDR3 نیز مانند DDR2 از ماجول 240‌پینی استفاده می‌کند، اما برای این‌که حافظه‌ها روی مادربرد نامناسب نصب نشوند، شکاف مورد استفاده آن‌ها با شکاف ماجول DDR2 از لحاظ فیزیکی متفاوت است. اما Core i7 تغییرات جالب توجه فراواني را برای حافظه به ارمغان آورد. کنترلر حافظه با پردازنده یکپارچه شده‌، در نتیجه دیگر به FSB نیازی نیست. نکته مهم‌تر آن‌که Core i7 از حافظه سه‌کاناله DDR3 با امکان دو ماجول به ازای هر کانال پشتیبانی می‌کند.

 

چگونه حافظه انتخاب کنیم

نخستین نکته‌ای که قبل از انتخاب حافظه برای به‌روزرسانی سیستم خود باید در نظر داشته باشید، این است که با خواندن راهنمای مادربرد خود دریابید که سیستم شما از چه نوع حافظه‌ای پشتیبانی می‌کند. بیشتر سيستم‌های مبتنی بر DDR یک معماری دوکاناله دارند. این به آن معنا است که ماجول‌های حافظه باید به صورت جفت هماهنگ نصب شوند تا سیستم بتواند از کارایی کامل عملکرد دوتایی بهره‌مند شود، اگرچه کاربر می‌تواند در هر کانال یک ماجول مجزا نصب کند. «جفت هماهنگ» به این معنا است که ماجول‌ها باید مشخصات کاملاً یکسانی داشته باشند، اگرچه نیازی نیست که حتماً محصول یک شرکت باشند. می‌توان ماجول‌هایی با گنجایش متفاوت در هر کدام از ماجول‌ها گذاشت، اما بهتر است هر دو ماجول جفت از یک شرکت با مشخصات کاملاً یکسان باشند. خبر خوب این است که نصب حافظه‌ای سریع‌تر از آنچه سیستم شما پشتیبانی می‌کند، مشکلی به‌شمار نمی‌آید. در هر صورت حافظه با سرعتی برابر با آنچه مناسب مادربرد شما است کار می‌کند و این مسئله به میزان کارایی حافظه آسیبی نمی‌زند.

 

پشتیبانی Core i7 از DDR3 سه‌کاناله به این معنا است که مادربردهای مورد استفاده از عملکرد تک‌کاناله، دوکاناله و سه‌کاناله پشتیبانی می‌کنند. هر کانال می‌تواند از یک یا دو Dimm پشتیبانی کند، بنابراین می‌توان از مادربردهایی با شش اسلات Dimm استفاده کرد. نکته جالب توجه اين‌که نخستين مادربرد Core i7 اینتل به‌طرز عجیبی چهار اسلات و سه کانال داشت و اینتل درباره این‌که چرا به یک کانال دو اسلات اختصاص داده شده، توضیحی نداد. فقط در راهنمای مادربرد نوشته شده بود: اسلات اضافه نباید استفاده شود.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

نمودار 1- سرعت داخلي سلول‌هاي حافظه طي سال‌هاي متمادي رشد چشم‌گيري نکرده‌ است.

 

بهترین راه براي کسب اطمینان از مناسب‌بودن حافظه، جست‌و‌جوی یک حافظه از تولیدکننده‌ای مطرح و شناخته‌شده و انتخاب تجهیزاتی است که توسط اغلب تولیدکنندگان مطرح عرضه می‌شود. تولیدکنندگانی از قبیل بوفالو، Crucial، Corsair، کینگ‌استون، OCZ و PNY. به‌عنوان مثال، Crucial به خریداران آنلاین یا خریدارانی که از نماینده رسمی این شرکت خرید کنند، ضمانت سازگاری ارائه می‌دهد. اگر شما از قبل دقیقاً بدانید که به چه چیزی نیاز دارید، می‌توانید یک حافظه با قیمت مناسب تهیه‌کنید. این روزها درباره قیمت‌ها رقابت بسیار شدیدی میان تولیدکنندگان وجود دارد، اما از لحاظ ویژگی‌های حافظه، تفاوت عمده‌ای میان محصولات شرکت‌های مختلف مشاهده نمی‌شود.

[Fahim 9,563]

اینترنت لبریز از سایت‌های مختلف بررسی سخت‌افزار است که جزئي‌ترين مشخصات ماجول‌های حافظه را در بررسی‌های خود مد نظر قرار می‌دهد. اما متأسفانه بسیاری از اطلاعات این بررسی‌ها گمراه‌کننده، از تاریخ گذشته یا نامربوط هستند. بنابراین، اگر قرار نیست کامپیوتر خود را به‌نمایش بگذارید، بايد درباره رنگ خنک‌کننده آن نیز فکر کنید؟ اگر فکر می‌کنید، رنگ خنک‌کننده مهم است، اشتباه کرده‌ايد. ویژگی‌هایی هستند که فقط برای رنگ و لعاب بخشیدن به آنچه بیشتر جنبه تزئینی دارد و در عین حال از لحاظ فنی پیچیده است، کاربرد دارند. به‌همين‌دليل، تولیدکنندگان حافظه به متخصصانی برای اضافه‌کردن این «ویژگی‌ها» تبدیل شده‌اند که لزوماً بهره‌وری سیستم را افزایش نمی‌دهند، اما باعث افزایش قیمت محصول مي‌شوند. این نوع حافظه‌ها کيفيت خوبي دارند، اما اگر به‌دنبال یک تغییر بزرگ و چشم‌گیر در کارایی هستید، شاید ناامیدشوید.

هر آنچه می‌خواهید

گذشته از مسائل فنی، سؤال اصلی این است: حافظه در عمل به چه میزان روی تجربه محاسباتی شما تأثیر می‌گذارد؟ با وجود این‌که مادربردهای جدید انواع امکانات را برای دستکاری تنظیمات حافظه فراهم می‌کنند، اما حقیقت این است که مطمئن‌ترین راه برای افزایش کارایی کامپیوتر، افزایش میزان حافظه فیزیکی آن است.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

شكل 1

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

دلیل این امر این است که پردازنده به اطلاعات موجود در رم بسیار سریع‌تر از هارد‌دیسک (تنها جای دیگری که امکان ذخیره اطلاعات را برای سیستم فراهم می‌کند) دسترسی می‌یابد. یک سیستم‌عامل 32 بیتي مانند اکس‌پی یا ویستا می‌تواند تا چهار گیگابایت حافظه را آدرس‌دهی کند (نگارش 64 بیت اکس‌پی و ویستا، بسته به نسخه، بین 4 تا 128 گیگابایت حافظه را پشتیبانی می‌کنند) و باید این میزان حافظه را به برنامه‌های مختلف اختصاص دهد. برنامه‌ها و سرویس‌ها به‌صورت نوبتی (به ترتیبی که اجرا می‌شوند) در حافظه بارگذاری می‌شوند و برنامه‌ها برای کار با داده‌های خود از آنچه باقی می‌ماند، استفاده می‌کنند. با این‌که اغلب چهار گیگابایت رم برای سیستم کفایت می‌کند، اما ویندوز می‌تواند از هارد‌دیسک به‌عنوان حافظه مجازی استفاده کند. درهرصورت، جدیدترین هارد‌دیسک‌ها سرعتی زیر صد مگابایت در ثانیه دارند. یعنی دست‌کم ده برابر کندتر از کندترین حافظه DDR؛ بنابراین هر گاه داده‌ها در حافظه مجازی در هارد‌دیسک قرار گیرند، پردازنده نمی‌تواند به‌موقع داده را دریافت کند و در نتیجه سیستم دچار کاهش کارایی می‌شود.

 

 

اگر Windows Task Manager را در حال انجام یک عملیات باز کرده و روی زبانه Performance کلیک کنید، نمودار پایین این زبانه میزان استفاده از حافظه مجازی را که عنوان Pagefile Usage را بالای خود دارد، نشان می‌دهد (Pagefile یک سیستم فايلي حفاظت‌شده است که برای حافظه مجازی استفاده می‌شود). علاوه بر این، در این صفحه می‌توانید ببینید چقدر حافظه فیزیکی در دسترس است (شکل 1). در آزمايشي که ما انجام داديم يک سيستم تحت اکس‌پي با 512 مگابايت رم در اختيار داشتيم که در حال تبدیل ویدیو بود.

 

در اين آزمايش فقط 143 مگابایت از حافظه در دسترس بود و Pagefile نیز نهصد مگابایت بود. در این وضعیت اگر کار سنگینی (مانند ویرایش یک عکس دیجیتال سنگین) انجام دهید، شاهد کاهش شدید کارایی خواهید بود. در مقایسه، روی یک سیستم تحت اکس‌پی با يک‌ گیگابایت رم و یازده برنامه مختلف در حال اجرا، شاهد 212 مگابایت حافظه در دسترس، هفتصد مگابایت Pagefile بودیم. هر دو سیستم یک پردازنده Pentium 4 با سرعت سه گیگاهرتز داشتند، اما سیستمی که رم بیشتری داشت، هنگام اجرای همزمان چند برنامه بسیار سریع‌تر به‌نظر می‌رسید. تأثیر حافظه مجازی در برنامه‌های حساس به حافظه، مانند برنامه‌های ویرایش عکس یا ویدیو چشم‌گیرتر است. البته نشان دادن این تأثیر در آزمایش‌ها مشکل است، زیرا نمی‌توان کارایی را از لحاظ اجرای همزمان برنامه‌های مختلف، دقیق اندازه‌گیری کرد. در یک آزمایش با تبدیل یک فایل vob با حجم يک گیگابایت به فایل DivX با ارتقاي رم از 256 مگابایت به يک گیگابایت شاهد پنج درصد افزایش کارایی بودیم، اما درحقيقت افزایش رم اجازه داد برنامه‌های اضافی با راحتی بیشتری اجرا شوند. برنامه‌های کمی هستند که بهینه‌سازی عملکرد رم را به کاربران وعده می‌دهند. اگرچه این برنامه‌ها گاهی باعث بهبود مدیریت حافظه ویندوز می‌شوند، در طولانی‌مدت بهتر است به فکر افزایش حافظه فیزیکی خود باشید.در نهایت، شاید حالا با ما موافق باشید که نیازی نیست خیلی نگران رنگ خنک‌کننده حافظه یا چراغ‌های چشمک‌زن باشید؛ هر چند ما هم می‌پذیریم که این موارد ظاهر خوبی دارند.

خاطره‌ها اگر یک نابغه ریاضی نباشید، احتمال این‌که بتوانید مسائل طولانی ریاضی را به‌صورت ذهنی حل کنید، خیلی کم است، پس مجبورید برای این کار از یک تکه‌کاغذ استفاده کنید. پس در این مورد کاغذ نقش یک ذخیره‌کننده موقت داده یا یک حافظه موقت را بازی می‌کند. به همین ترتیب، کامپیوتر نیز از حافظه به‌عنوان یک چرک‌نویس برای داده‌هایی که پردازش می‌کند، استفاده می‌کند.

 

برخی از تلاش‌های اولیه براي ساخت حافظه کامپیوتر همان‌قدر که مبتکرانه بودند، همان اندازه هم شگفت‌انگیز بودند. کامپیوترهای اولیه از مجموعه‌ای از روش‌ها برای مرتب‌سازی داده استفاده‌می‌کردند. از جمله درام‌های چرخنده [درام مغناطیسی از اولین ادوات ذخیره‌سازی بوده‌است] با خازن‌ها و حتی حافظه‌های مکانیکی. در شکل روبه‌رو موریس‌ویکس را با حافظه‌ای که در کامپیوتر EDSAC به‌کار رفت، مشاهده می‌کنید. او از پیشگامان علوم محاسباتی بود و کامپیوتر مذکور در سال 1949 در دانشگاه کمبریج به‌کار گرفته شد. EDSAC یکی از نخستين کامپیوترهایی بود که برای کارهای عمومی ساخته شد. حافظه‌ای که در شکل بالا مشاهده مي‌کنيد، Acoustic Delay Line Memory خوانده می‌شود و به سرعت صدا وابسته است که سرعتی بسیار کمتر از سرعت نور دارد.‌ پالس‌های داده الکترونیکی با سرعت نور پیرامون یک مدار الکتریکی حرکت می‌کنند، یک لوله شیشه‌ای افقی حاوی جیوه در میان مدار قرار داده می‌شود. در یک سر لوله یک بلندگو وجود دارد و در سر دیگر یک میکروفون. پالس‌های داده به صدا تبدیل می‌شوند و از میان جیوه تا انتهای دیگر لوله حرکت می‌کنند؛ جایی که آن‌ها دوباره به پالس‌های الکتریکی تبدیل می‌شوند، مرتب شده و پس از تقویت شدن دوباره به گرداگرد مدار فرستاده می‌شوند. در این روش، رشته‌ای پانصد تا ششصدتایی از پالس‌ها (از لحاظ فنی 560 بیت داده) می‌توانند تقریباً به‌طور نامحدود به‌دور سیستم چرخش داشته باشند (یا به بیان دیگر در حافظه ذخیره شوند). این کامپیوتر فقط وقتی می‌تواند داده‌ها را بخواند که پالس‌های صوتی‌ای را که دوباره به الکتریسیته تبدیل شده‌اند، تحت نظر بگیرد و داده در صورتی می‌تواند تغییر پیدا کند (نوشته شود) که پالس‌های الکتریکی جدید به مدار تزریق شود. در این حالت، اگر جریان الکتریسیته قطع شود، تمام داده‌ها از بین می‌رود.

 

حافظه‌های امروزی از فناوری کاملاً متفاوتی استفاده می‌کنند، اما دقیقاً همان کاری را که لوله‌های پر از جیوه انجام می‌دهند، به‌عهده دارند. تنها تفاوت عمده این است که حافظه‌های امروزی دسترسی اتفاقی دارند و این به آن معنا است که هر بخشی از داده در هر زمانی می‌تواند در دسترس باشد، در حالی‌که در حافظه قدیمی مذکور دسترسی سریال بود، یعنی کاربر باید صبر می‌کرد تا پالس‌های داده یک‌به‌یک به انتهای لوله برسند. خطوط تأخیری جیوه حجیم، پیچیده و غیر قابل اطمینان بودند و به درجه حرارت نیز بسیار حساس بودند.

 

نمونه دیگری که در سال 1948 در کامپیوتر Baby در دانشگاه منچستر استفاده شد، با استفاده از فناوری CRT (سرنام Cathode Ray Tube) ساخته شده بود و از یک قطعه فلزی برای دریافت بار الکترواستاتیک در مکان‌های مختلفی روی صفحه یک اسيلوسکوپ استفاده می‌کرد. سپس از این اطلاعات برای Refresh کردن نمایشگر CRT و ذخیره داده با روشی شبیه به خطوط تأخیری استفاده می‌شد. از آنجا که CRT تمام محتوای حافظه را یکجا نشان می‌داد، امکان دسترسی اتفاقی به هر بخشی از حافظه را امکان‌پذير مي‌کرد.

 

با پیشرفت فناوری انواع مؤثرتری از حافظه، همچون درام‌های مغناطیسی، نوارهای مغناطیسی و حافظه‌هایFerrite Core ابداع شدند تا سرانجام اوج گرفتند و به حافظه‌های با دسترسی اتفاقی امروزی رسیدند. این نوع حافظه نخستين بار توسط آی‌بی‌ام ارائه شد و عرضه آن به بازار با معرفی تراشه حافظه 1103 اینتل در سال 1970 همراه بود.