پاورپوینت حافظه های الکتریکی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

حافظه های الکتریکی

اسلاید 2 :

تكنولوژِی ساخت حافظه های الکتریکی
اولين كامپيوتر الكترونيكي همه منظور كه در دهة 1940 ميلادي ساخته شد
از لامپهاي خلاء استفاده مي كرد .
اين لامپها نسبتاً بزرگ بوده و هر يك قادر بودند فقط يك بيت را نگداري كنند .
لذا ظرفيت حافظه آنها اندك بود . متداولترين كامپيوتر در اواسط دهة 1950
ميلادي نيز از يك استوانة گردان كه بايك مادة قابل مغناطيس شدن پوشانده
شده بود و به عنوان حافظة اصلي استفاده مي شد .
در طي 15 سال در سالهاي 1960 تا 1975 ميلادي طراحان از حلقه هاي
مغناطيسي در واحد حافظة اصلي استفاده كردند . عبور جريان در يك جهت
ميدان مغناطيسي در جهت حركت عقربه هاي ساعت ايجاد مي كند كه معرف
بيت (1)مي باشد و عبور جريان در جهت مخالف ميدان مغاطيسي در جهت
عكس حركت عقربه هاي ساعت ايجاد مي كند كه معرف بيت ( 0) مي باشد.

اسلاید 3 :

با پيشرفت تحقيقات بر روي مواد نيمه هادي ( سيليكن و ژرمانيم ) ،
ترانزيستور به وجود آمد . كه آنها عناصر الكترونيكي كم مصرف ، كوچك و
پردوام هستند . با كاربرد اين عناصر نيمه هادي در مدارات كامپيوتر از جمله
مدارات حافظه ها داراي سرعت بالا ، حجم كوچك ، قابليت اطمينان وارزان
قيمت بودند . درسال 1959 ميلادي تحول مهم ديگري صورت گرفت هنگامي
كه يك مدار به طور كامل بر روي يك تراشه از جنس سيليكن قرار گرفت .
يك مدار مجتمع شامل عناصر الكترونيكي ( مانند ترانزيستور ، مقاومت ، خازن ، .)
است كه برروي يك تراشه از يك ماده نيمه هادي ( سيليكن ) قرار مي گيرد .
بدين ترتيب به صورت تراشه حافظه عرضه شده اند .
استفاده از حافظه صرفا" محدود به کامپيوترهای شخصی نبوده و در
دستگاههای متفاوتی نظير : تلفن های سلولی، PDA ، راديوهای اتومبيل ،
VCR ، تلويزيون و . نيز در ابعاد وسيعی از آنها استفاده بعمل می آيد.هر
يک از دستگاههای فوق مدل های  متفاوتی از حافظه را  استفاده می نمايند.

اسلاید 4 :

RAM
ROM
Cache
Flash Disk
Virtual Memory
انواع تراشه ها یا حافظه های الکتریکی در یک کامپیوتر:

اسلاید 5 :

با اينکه می توان واژه " حافظه " را به هر نوع وسيله ذخيره سازی
الکترونيکی اطلاق کرد، ولی اغلب از واژه فوق برای مشخص نمودن حافظه
های سريع با قابليت ذخيره سازی موقت استفاده بعمل می آيد. در صورتيکه
پردازنده  مجبور باشد برای بازيابی اطلاعات مورد نياز خود بصورت دائم از
هارد ديسک استفاده نمائد، قطعا سرعت عمليات پردازنده ( با آن سرعت
بالا) کند خواهد گرديد. زمانيکه اطلاعات مورد نياز پردازنده در حافظه ذخيره
گردند، سرعت عمليات پردازنده از بعد دستيابی به داده های مورد نياز بيشتر خواهد گرديد. از حافظه های متعددی بمنظور نگهداری موقت اطلاعات استفاده می گردد.
مبانی اوليه حافظه RAM(Random Access Memory )

اسلاید 6 :

اما ساختار داخلي RAM تشکيل شده از سه قسمت اصلي
:
الف ) گذرگاه آدرس ب ) گذرگاه داده ج ) خازنهاي ذخيره سازي

اطلاعات در سلولها ذخيره شده و از روي آنها خوانده مي شود و از آنجا که هر سلول براي خود آدرسي دارد ، گذرگاه آدرس براي تعيين آدرس و تعيين دستور براي هر آدرس مي باشد و گذرگاه داده براي انتقال داده ها براي ذخيره سازي يا خواندن مي باشد .

مراحل خواندن داده از حافظه :
-1 پردازنده ، آدرس سلول مورد نظر را روي گذرگاه آدرس قرار مي دهد .
2 - پردازنده ، پايه ي خواندن را فعال کرده تا به حافظه بگويد که قصد خواندن از حافظه را دارد .
3 - حافظه ، محتواي سلولي را که آدرس آن را گذرگاه آدرس دريافت مي کند روي گذرگاه داده قرار مي دهد
4 - پردازنده ، داده ي مورد نظر را از گذرگاه داده دريافت مي کند .

اسلاید 7 :

مراحل نوشتن داده در حافظه :

1 - پردازنده ، آدرس سلول موردنظر را روي گذرگاه آدرس قرار مي دهد .
2 - پردازنده ، پايه نوشتن را فعال کرده تا به حافظه بگويد که قصد نوشتن در حافظه را دارد .
3 - پردازنده ، داده ي مورد نظر را روي گذرگاه داده قرار مي دهد .
4 - حافظه ، داده ي ارسالي را از گذرگاه داده دريافت نموده و آن را در سلولي که آدرسش را از گذرگاه آدرس خوانده است ذخيره مي کند .

اسلاید 8 :

این نوع حافظه از نوع حافظه های فرار( Volatile Memory ) محسوب
می شود واطلاعات موجود درآن با قطع منبع تغذیه آن از بین می رود . دو
نوع ازاین حافظه در  زیرآورده شده است

Dram -1 یا Dynamic Ram

حافظه RAM ، يک تراشه مدار مجتمع (IC) بوده که از ميليون ها ترانزيستور
و خازن تشکيل شده است .در اغلب حافظه ها با استفاده از بکارگيری يک خازن و يک
ترانزيستور می توان يک سلول را ايجاد کرد. سلول فوق قادر به نگهداری يک بيت
داده خواهد بود. خازن اطلاعات مربوط به بيت را که يک و يا صفر است ، در خود
نگهداری خواهد کرد.عملکرد ترانزيستور مشابه يک سوييچ بوده که امکان کنترل
مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخيره شده در خازن و
يا تغيير وضعيت مربوط به آن ، فراهم می نمايد.خازن مشابه يک ظرف ( سطل) بوده
که قادر به نگهداری الکترون ها است . بمنظور ذخيره سازی مقدار" يک" در
حافظه، ظرف فوق می بايست از الکترونها پر گردد. برای ذخيره سازی مقدار صفر،
می بايست ظرف فوق خالی گردد.

اسلاید 9 :

مسئله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است ( وجود سوراخ در ظرف ) بدين ترتيب پس از
گذشت چندين ميلی ثانيه يک ظرف مملو از الکترون تخليه می گردد.
بنابراين بمنظور اينکه حافظه بصورت پويا اطلاعات خود را نگهداری نمايد ، می بايست پردازنده
و يا " کنترل کننده حافظه " قبل از تخليه شدن خازن، مکلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری
مقدار "يک" باشند.بدين منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا" اطلاعات
را بازنويسی می نمايد.عمليات فوق (Refresh)، هزاران مرتبه در يک ثانيه تکرار خواهد
شد.علت نامگذاری DRAM بدين دليل است که اين نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات
بصورت پويا خواهند بود. فرآيند تکراری " بازخوانی / بازنويسی اطلاعات" در اين نوع حافظه
ها باعث می شود که زمان تلف و سرعت حافظه کند گردد.

سلول های حافظه بر روی يک تراشه سيليکون و بصورت آرايه ای مشتمل از ستون ها ( خطوط
بيت ) و سطرها ( خطوط کلمات) تشکيل می گردند. نقطه تلاقی يک سطر و ستون بيانگر آدرس
سلول حافظه است .

اسلاید 10 :

حافظه های DRAM با ارسال يک شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزيستور در
هر بيت ستون، خواهند شد.در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعيتی خواهند شد که خازن
می بايست به آن وضعيت تبديل گردد. در زمان خواندن Sense-amplifier ، سطح شارژ
موجود در خازن را اندازه گيری می نمايد. در صورتيکه سطح فوق بيش از پنجاه درصد باشد
مقدار "يک" خوانده شده و در غيراينصورت مقدار "صفر" خوانده خواهد شد. مدت زمان
انجام عمليات فوق بسيار کوتاه بوده و بر حسب نانوثانيه ( يک ميلياردم ثانيه ) اندازه گيری می
گردد. تراشه حافظه ای که دارای سرعت 70 نانوثانيه است ، 70 نانو ثانيه طول خواهد کشيد
تا عمليات خواندن و بازنويسی هر سلول را انجام دهد.

SRam - 2 یا Static Ram :
در اين نوع از حافظه ها از فليپ فلاپ برای ذخيره سازی هر بيت حافظه استفاده می گردد. يک فليپ فلاپ برای يک سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزيستور استفاده می کند .

اسلاید 11 :

حافظه های SRAM نيازمند بازخوانی / بازنويسی اطلاعات نخواهند بود، بنابراين سرعت اين
نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه های DRAM بيشتر است .با توجه به اينکه حافظه های
SRAM از بخش های متعددی تشکيل می گردد، فضای استفاده شده آنها بر روی يک
تراشه بمراتب بيشتر از يک سلول حافظه از نوع DRAM خواهد بود. در چنين مواردی
ميزان حافظه بر روی يک تراشه کاهش پيدا کرده و همين امر می تواند باعث افزايش قيمت
اين نوع از حافظه ها گردد. بنابراين حافظه های SRAM سريع و گران و حافظه های
DRAM ارزان و کند می باشند . با توجه به موضوع فوق ، از حافظه های SRAM بمنظور
افزايش سرعت پردازنده ( استفاده در Cache) و از حافظه های DRAM برای فضای
حافظه RAM در کامپيوتر استفاده می گردد.
ضمنا اطلاعات این نوع حافظه را می توانبه کمک یک باتری کوچک به نام باتری Backup
حتی بعد از قطع برق سیستم نیز نگهداری نمود که یک نمونه ازاین حافظه ها را می توان
حافظه هایCMOS نامید این حافظه ها فوق العاده حساس به الکتریسیته ساکن می باشند و
در صورت تماس بدن انسان با پایه های ان منجر به سوختن ان می شودامروزه اکثر حافظه
ها وپردازنده ها به خاطر اتلاف حرارتی کم تراشه های CMOS از این تکنولوژی در ساخت
قطعات انها استفاده می شود حافظه های CMOS در کامپیوتر به صورت یک تراشه استفاده
می شود که معمولا اطلاعات مربوط به پیکربندی اصلی کامپیوتر (setup) وزمان وساعت و
. را در خود نگهداری می کند اطلاعات این حافظه ها در شرایط طبیعی ثابت است مگر اینکه
به یکی از روش های زیر شرایط پاک کردن اطلاعات در CMOS را فراهم نماییم .

اسلاید 12 :

1- ضعیف شدن باتری : باتری های فوق معمولا 4 سال عمر دارند که بعد از این مدت توان لازم
برای تغذیه حافظه را ندارند
2- دراوردن باتری و جایگذاری مجدد ان
3- استفاده از جامپر مخصوص پاک کردن حافظه CMOS که روی اکثر مادربورد ها پیش بینی
شده اند )در این موارد باید جامپر مخصوص برای مدت کوتاهی اتصال کوتاه شده سپس به
حالت باز در اید .
دسته بندی حافظه های RAM بر اساس شکل ظاهری :
1-حافظه هاي DIP ( Dual Inline Package)
2-حافظه هاي SIMM ( Single Inline Memory Module)
3- حافظه های RIMM ( RAMBUS Line Memory Module)
4-حافظه هاي DIMM ( Dual Inline Memory Module)

اسلاید 13 :

1-حافظه هاي DIP ( Dual Inline Package)
در اين نوع حافظه پايه ها در دو طرف تراشه قرار دارند .اين نوع حافظه اغلب در كامپيوتر
هاي XT يا 286 قديمي استفاده شده است این نوع حافظه ها دارای سرعت پایینی هستند که
امروزه بیشتر بعنوان حافظه در کارت های گرافیک استفاده می شود این نوع حافظه معمولا
به صورت 20 یا 18 پایه موجود هستندکه برای نصب انها در بورد اصلی یا بردهای
دیگرازسوکتهای مخصوص استفاده می شود و داراي ظرفيت هاي محدود تا حداكثر(MB 1)
می باشند .

اسلاید 14 :

2-حافظه هاي SIMM ( Single Inline Memory Modals)
اين نوع حافظه به صورت يك بوردكوچكي است كه در يك طرف آن كانكتوري براي قرار دادن در يك شكاف مخصوص وجود دارد . اين نوعRAM ازرایج ترین نوع حافظه در کامپیوترهای قبل از پنتیوم بوده است. اين نوع حافظه داراي دو نوع 30 و 72 پايه هستند که در نوع 30 پین اطلاعات به صورت 8بیتی و در نوع 72 پین به صورت 32 بیتی منتقل می شوند .
ظرفیت در این حافظه ها معمولا به تعداد تراشه ها و تعداد بیتها یی که روی ماژول حافظه هستند بستگی دارند . به علت اينكه پايه ها در يك طرف برد قرار دارند جاي كمتري را نسبت به حافظه هاي DIP روي برد اصلي اشتغال مي كنند . اين حافظه ها از(KB256) تا (MB 4 ) برای 30 پین و تا MB) 32 ) برای 72 پین موجود مي باشند .

اسلاید 16 :

4- حافظه های RIMM ( RAMBUS Line Memory Module)
درسال 1999 حافظه RAMBUSعرضه شد و با استفاده از یک گذرکاه خاص سرعت بالا برای انتقال داده بین RAM و CPU عملکرد سیستم را سریعترکرد گذرگاه RAM خاص 16 بیت داده را با سرعت 800 MHZانتقال می دهد تکنولوژی RAMBUS از طریق یک تراشه حافظه خاص با نام RIMMداده ها با سرعت800 MHZ داده ها را انتقال می دهد تکنولوژی RAMBUS ازیک تراشه خاص با نام(RIMM) استفاده می کند.
تراشه RIMM به یک شکاف 168 RIMMسوزن انحصاری نیاز دارد

اسلاید 17 :

3-حافظه هاي DIMM ( Dual Inline Memory Module)
اين نوع حافظه شبیه حافظه هاي SIMM مي باشند ولي داراي تعداد 168 پايه که عملكرد و ظرفيت بهتري نسبت به حافظه هاي SIMM دارند . درمادربردهاي پنتيوم به بعد معمولاً اسلات ماژولهاي RAM به صورت 168 بين مي باشند .

اسلاید 18 :

درکامپیوتر های جدیدبا بالا رفتن سرعت پردازنده ها لازم است از حافظه های RAMبا سرعتهای بالاتری استفاده شود . ماژولهای RAMکه برای بکارگیری در سیستم های پنتیوم به بعد به بازار ارائه شده اند عبارتند از:

(Synchronous Dynamic RAM):SDRAM -1
(Extended Data Out RAM): EDO RAM -2
(Fast Paging Mode RAM): FPM RAM -3
(Double Data Rate RAM): DDR RAM -4

اسلاید 19 :

(Synchronous Dynamic RAM):SDRAM -1
در این نوع حافظه از تکنولوژی Burstingاستفاده شده است . در این تکنیک ادرس شروع
داده و طول داده در اختیار قرار می گیرد سپس تمام اطلاعات موجود دراین محدوده به طور
یکجا ارسال می گردد این امر باعث می شود که سرعت ارسال در این نوع ماژول ها خیلی
بیشتر از نوع DRAM باشد
خصوصیات جالب دیگر این نوع ماژولهای RAM این است که در انها ایجاد همزمانی بین
گذرگاههای مادربورد و پردازنده های 100 مگاهرتزی نیز وجود دارد که باعث بالا رفتن
سرعت ارسال و دریافت می شود . ماژولهای SRAMمعمولا به صورت 168 پین می باشند

(Extended Data Out RAM): EDO RAM -2
در این نوع از حافظه در حالی که یک عمل خواندن از روی حافظه در حال اجرا می باشد میچ
توان مقدمات دسترسی به یک داده دیگر را مهیا نمود این نوع حافظه حتما باید بابورد اصلی
BIOSمخصوص به خودش مورد استفاده قرار گیرد

اسلاید 20 :

(Fast Paging Mode RAM): FPM RAM -3
در این نوع حافظه فضای حافظه به تعدادیصفحه(page) تقسیم شده و اطلاعات مرتبط با هم در یک صفحه نگهداری می شوند . وقتی نیاز به استفاده از اطلاعات یک صفحه خاصی باشد بقیه داده های مورد نیازرا در همین صفحه می توان پیدا نمود . لذا وقت کمتری برای جستجوی داده ها به هدر می رود

(Double Data Rate RAM): DDR RAM -4
این نوع حافظه به معنی دو برابر بودن نرخ انتقال اطلاعات است . در RAMهای معمولی مانند SD-RAM انتقال اطلاعات فقط در لحظه تقطه اوج موج clock صورت می گیرد ولی در تکنولوژی DDR-RAM عمل انتقال اطلاعات هم در لحظه تقطه اوج موج و هم در پایین ترین لحظه سقوط موج clockصورت می گیرد که بسهولت می توان نتیجه گرفت : نرخ انتقال اطلاعات یا سرعت انتقال اطلاعات در DDR-RAM دو برابر سرعت انتقال در SD-RAM است یا به عبارت دیگر DDR-RAM دو برابر سریع تراز SD-RAM می باشد