حافظه با هدف ذخيره سازي اطلاعات ( دائم ، موقت ) در کامپيوتر استفاده مي گردد و داراي انواع متفاوتي است :
• RAM
• ROM
• Cache
• Dynamic RAM
• Static RAM
• Flash Memory
• Virtual Memory
• Video Memory
• BIOS
استفاده از حافظه صرفا" محدود به کامپيوترهاي شخصي نبوده و در دستگاههاي متفاوتي نظير : تلفن هاي سلولي، PDA ، راديوهاي اتومبيل ، VCR ، تلويزيون و ... نيز در ابعاد وسيعي استفاده مي گردد .هر يک از دستگاه هاي فوق مدل هاي خاصي از حافظه را استفاده مي نمايند.

مباني اوليه حافظه

با اينکه مي توان واژه " حافظه " را بر هر نوع وسيله ذخيره سازي الکترونيکي اطلاق کرد، ولي اغلب از واژه فوق براي مشخص نمودن حافظه هاي سريع با قابليت ذخيره سازي موقت استفاده مي شود. در صورتيکه پردازنده مجبور باشد براي بازيابي 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 دستيابي به داده هاي مورد نياز بيشتر خواهد گرديد. از حافظه هاي متعددي به منظور نگهداري موقت اطلاعات استفاده مي گردد.

همانگونه که در شکل فوق مشاهده مي گردد ، محموعه متنوعي ازانواع حافظه ها وجود دارد . پردازنده با توجه به ساختار سلسله مراتبي فوق به آنها دستيابي پيدا خواهد کرد. زمانيکه در سطح حافظه هاي دائمي نظير هارد و يا حافظه دستگاههائي نظير صفحه کليد، اطلاعاتي موحود باشد که پردازنده قصد استفاده از آنان را داشته باشد ، مي بايست اطلاعات فوق از طريق حافظه RAM در اختيار پردازنده قرار گيرند. در ادامه پردازنده اطلاعات و داده هاي مورد نياز خود را در حافظه Cache و دستورالعمل هاي خاص عملياتي خود را در ريجسترها ذخيره مي نمايد.
تمام عناصر سخت افزاري ( پردازنده، هارد ديسک ، حافظه و ...) و عناصر نرم افزاري ( سيستم عامل و...) بصورت يک گروه عملياتي بکمک يکديگر وظايف محوله را انجام مي دهند . بدون شک در اين گروه " حافظه " داراي جايگاهي خاص است . از زمانيکه کامپيوتر روشن تا زمانيکه خاموش مي گردد ، پردازنده بصورت پيوسته و دائم از حافظه استفاده مي نمايد. بلافاصله پس از روشن نمودن کامپيوتر اطلاعات اوليه ( برنامه POST) از حافظه ROM فعال شده و در ادامه وضعيت حافظه از نظر سالم بودن بررسي مي گردد ( عمليات سريع خواندن ، نوشتن ) .در مرحله بعد کامپيوتر BIOS را ازطريق ROM فعال خواهد کرد. BIOS اطلاعات اوليه و ضروري در رابطه با دستگاههاي ذخيره سازي، وضعيت درايوي که مي بايست فرآيند بوت از آنجا آغاز گردد، امنيت و ... را مشخص مي نمايد. در مرحله بعد سيستم عامل از هارد به درون حافظه RAM استفرار خواهد يافت . بخش هاي مهم و حياتي سيستم عامل تا زمانيکه سيستم روشن است در حافظه ماندگار خواهند بود. در ادامه و زمانيکه يک برنامه توسط کاربر فعال مي گردد، برنامه فوق در حافظه RAM مستقر خواهد شد. پس از استقرار يک برنامه در حافظه و آغاز سرويس دهي توسط برنامه مورد نظر در صورت ضرورت فايل هاي مورد نياز برنامه فوق، در حافظه مستفر خواهند شد.و در نهايت زمانيکه به حيات يک برنامه خاتمه داده مي شود (Close) و يا يک فايل ذخيره مي گردد ، اطلاعات بر روي يک رسانه ذخيره سازي دائم ذخيره و نهايتا" حافظه از وجود برنامه و فايل هاي مرتبط ، پاکسازي ! مي گردد. همانگونه که اشاره گرديد در هر زمان که اطلاعاتي ، مورد نياز پردازنده باشد، مي بايست اطلاعات درخواستي در حافظه RAM مستقر تا زمينه استفاده از آنان توسط پردازنده فراهم گردد. چرخه درخواست اطلاعات موجود درRAM توسط پردازنده ، پردازش اطلاعات توسط پردازنده و نوشتن اطلاعات جديد در حافظه يک سيکل کاملا" پيوسته بوده و در اکثر کامپيوترها سيکل فوق ممکن است در هر ثانيه ميليون ها مرتبه تکرار گردد.

نياز به سرعت دليلي بر وجود حافظه هاي متنوع

چرا حافظه در کامپيوتر تا بدين ميزان متنوع و متفاوت است ؟ در پاسخ مي توان به موارد ذيل اشاره نمود:
• پردازنده هاي با سرعت بالا نيازمند دستيابي سريع و آسان به حجم بالائي از داده ها به منظور افزايش بهره وري و کارآئي خود مي باشند.. در صورتيکه پردازنده قادر به تامين و دستيابي به داده هاي مورد نياز در زمان مورد نظر نباشد، مي بايست عمليات خود را متوقف و در انتظار تامين داده هاي مورد نياز باشد. پردازند ه هاي جديد وبا سرعت يک گيگا هرتز به حجم بالائي از داده ها ( ميليارد بايت در هر ثانيه ) نياز خواهند داشت . پردازنده هائي با سرعت اشاره شده گران قيمت بوده و قطعا" اتلاف زمان مفيد آنان مطلوب و قابل قبول نخواهد بود. طراحان کامپيوتر به منظور حل مشکل فوق ايده " لايه بندي حافظه " را مطرح نموده اند. در اين راستا از حافظه هاي گران قيمت با ميزان اندک استفاده و از حافظه هاي ارزان تر در حجم بيشتري استفاده بعمل مي آيد. ارزانترين حافظه متدواول ، هارد ديسک است . هارد ديسک يک رسانه ذخيره سازي ارزان قيمت با توان ذخيره سازي حجم بالائي از اطلاعات است . با توجه به ارزان بودن فضاي ذخيره سازي اطلاعات بر روي هارد، اطلاعات مورد نظر بر روي آنها ذخيره و با استفاده از روش هاي متفاوتي نظير : حافظه مجازي مي توان بسادگي و بسرعت بدون نگراني از فضاي فيزيکي حافظه RAM ، از آنها استفاده نمود.
• حافظه RAM سطح دستيابي بعدي در ساختار سلسله مراتبي حافظه است . اندازه بيت يک پردازنده نشاندهنده تعداد بايت هائي از حافظه است که در يک لحظه مي توان به آنها دستيابي داشت. مثلا" يک پردازنده شانزده بيتي ، قادر به پردازش دو بايت در هر لحظه است . مگاهرتز واحد سنجش سرعت پردازش در پردازنده ها است و معادل "ميليون در هر ثانيه" است . مثلا" يک کامپيوتر 32 بيتي پنتيوم iii با سرعت 800-MHz ، قادر به پردازش چهار بايت بصورت همزمان و 800 ميليون بار در ثانيه است . حافظه RAM بتنهائي داراي سرعت مناسب براي همسنگ شدن با سرعت پردازنده نيست . بهمين دليل است که از حافظه هاي Cache استفاده مي گردد. بديهي است هر اندازه که سرعت حافظه RAM بالا باشد مطلوب تر خواهد بود.اغلب تراشه هاي مربوطه امروزه داراي سرعتي بين 50 تا 70 Nanoseconds مي باشند. سرعت خواندن و يا نوشتن در حافظه ارتباط مستقيم با نوع حافظه استفاده شده دارد .در اين راستا ممکن است از حافظه هاي DRAM,SDRAM,RAMBUS استفاده گردد. سرعت RAM توسط پهنا و سرعت Bus ، کنترل مي گردد. پهناي Bus ، تعداد بايتي که مي تواند بطور همزمان براي پردازنده ارسال گردد را مشخص و سرعت BUS به تعداد دفعاتي که مي توان يک گروه از بيت ها را در هر ثانيه ارسال کرد اطلاق مي گردد. سيکل منظم حرکت داده ها از حافظه بسمت پردازنده را Bus Cycle مي گويند مثلا" يک Bus با وضعيت : 100MHz و 32 بيت، بصورت تئوري قادر به ارسال چهار بايت به پردازنده و يکصد ميليون مرتبه در هر ثانيه است . در حاليکه يک BUS شانرده بيتي 66MHZ بصورت تئوري قادر به ارسال دو بايت و 66 ميليون مرتبه در هر ثانيه است . با توجه به مثال فوق مشاهده مي گردد که با تغيير پهناي BUS از شانزده به سي و دو و سرعت از 66MHz به 100MHz سرعت ارسال داده براي پردازنده سه برابر گرديد.

ريجستر و Cache

با توجه به سرعت بسيار بالاي پردازنده حتي در صورت استفاده از Bus عريض وسريع همچنان مدت زماني طول خواهد کشيد تا داده ها از حافظه RAM براي پردازنده ارسال گردند. Cache با اين هدف طراحي شده است که داده هاي مورد نياز پردازنده را که احتمال استفاده از آنان بيشتر است ، در دسترس تر قرار دهد . عمليات فوق از طريق بکارگيري مقدار اندکي از حافظه Cache که Primary و يا Level 1 ناميده مي شود صورت مي پذيرد. ظرفيت حافظه هاي فوق بسيار اندک بوده و از دو کيلو بايت تا شصت و چهار کيلو بايت را، شامل مي گردد. نوع دوم Cache که Secodray و يا level 2 ناميده مي شود بر روي يک کارت حافظه و در مجاورت پردازنده قرار مي گيرد. اين نوع Cache داراي يک ارتباط مستقيم با پردازنده است. يک مدار کنترل کننده اختصاصي بر روي برد اصلي که " کنترل کننده L2 " ناميده مي شود مسئوليت عمليات مربوطه را برعهده خواهد گرفت . با توجه به نوع پردازنده ، اندازه حافظه فوق متغير بوده و داراي دامنه اي بين 256Kb تا 2MB است. برخي از پردازنده هاي با کارائي بالا اخيرا" اين نوع Cache را بعنوان جزئي جداناپذير در کنار خود دارند. ( بخشي از تراشه پردازنده ) در اين نوع پردازنده ها با توجه به اينکه Cache بخشي از پردازنده محسوب مي گردد، اندازه آن متغير بوده و بعنوان يکي از مهمترين شاخص ها در کارائي پردازنده مطرح است.
نوع ديگري از RAM با نام SRAM ( حافظ هاي با دستيابي تصادفي ايستا ) نيز وجود داشته که در آغاز براي Cache استفاده مي گرديد. اين نوع حافظه ها از چندين ترانزيستور ( معمولا" چهار تا شش ) براي هر يک از سلول هاي حافظه خود استفاده مي نمايند. حافظه هاي فوق داراي مجموعه اي از فليپ فلاپ ها با دو وضعيت خواهند بود. بنابراين حافظه هاي فوق قادر به بازخواني اطلاعات بصورت پيوسته نظير حافظه هاي DRAM نخواهند بود. هر يک از سلول هاي حافظه ماداميکه منبع تامين انرژي آنها فعال (On) باشد داده هاي خود را ذخيره نگاه خواهند داشت . در اين حالت ضرورتي به بازخواني اطلاعات بصورت پريوديک نخواهد بود . سرعت حافظه هاي فوق بسيار بالا است ، ولي بدليل قيمت بالا ، در حال حاضر بعنوان جايگزيني استاندارد براي حافظه هاي RAM مطرح نمي باشند.

انواع حافظه

حافظه ها را مي توان بر اساس شاخص هاي متفاوتي تقسيم بندي کرد . Volatile و Nonvolatile نمونه اي از اين تقسيم بندي ها است . حافظه هاي volatile بلافاصله پس از خاموش شدن سيستم اطلاعات خود را از دست مي دهند. و همواره براي نگهداري اطلاعات خود به منبع تامين انرژي نياز خواهند داشت . اغلب حافظه هاي RAM در اين گروه قرار مي گيرند. حافظه هاي Nonvolatile داده هاي خود را همچنان پس از خاموش شدن سيستم حفظ خواهند کرد. حافظه ROM نمونه اي از اين نوع حافظه ها است .