อุปกรณ์หน่วยความจำ

ความจำก็เหมือนกับสมองของมนุษย์ ใช้ในการจัดเก็บข้อมูลและการเรียนการสอน หน่วยความจำคอมพิวเตอร์คือพื้นที่จัดเก็บข้อมูลในคอมพิวเตอร์ที่ต้องประมวลผลข้อมูลและคำสั่งที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลจะถูกจัดเก็บ

หน่วยความจำแบ่งออกเป็นส่วนเล็ก ๆ จำนวนมาก แต่ละส่วนเรียกว่าเซลล์ แต่ละตำแหน่งหรือเซลล์มีแอดเดรสที่ไม่ซ้ำกันซึ่งแตกต่างกันไปจากศูนย์ถึงขนาดหน่วยความจำลบหนึ่ง

ตัวอย่างเช่นหากคอมพิวเตอร์มีคำ 64k หน่วยความจำนี้จะมีตำแหน่งหน่วยความจำ 64 * 1024 = 65536 ที่อยู่ของสถานที่เหล่านี้แตกต่างกันไปตั้งแต่ 0 ถึง 65535

หน่วยความจำส่วนใหญ่มีสองประเภท

• Internal Memory - หน่วยความจำแคชและหน่วยความจำหลัก / หลัก

• External Memory - ดิสก์แม่เหล็ก / ออปติคัลดิสก์ ฯลฯ

ลักษณะของลำดับชั้นหน่วยความจำกำลังติดตามเมื่อเราเลื่อนจากบนลงล่าง

• ความจุในแง่ของการจัดเก็บเพิ่มขึ้น
• ต้นทุนต่อบิตของพื้นที่จัดเก็บลดลง
• ความถี่ในการเข้าถึงหน่วยความจำโดย CPU ลดลง
• เวลาในการเข้าถึงโดย CPU เพิ่มขึ้น

แกะ

RAM ถือเป็นหน่วยความจำภายในของ CPU สำหรับจัดเก็บข้อมูลโปรแกรมและผลลัพธ์ของโปรแกรม เป็นหน่วยความจำอ่าน / เขียน เรียกว่าหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM)

เนื่องจากเวลาในการเข้าถึง RAM ไม่ขึ้นอยู่กับที่อยู่ของคำที่เป็นอยู่แต่ละตำแหน่งที่เก็บข้อมูลภายในหน่วยความจำจึงเข้าถึงได้ง่ายเหมือนกับตำแหน่งอื่น ๆ และใช้เวลาเท่ากัน เราสามารถเข้าถึงหน่วยความจำแบบสุ่มและเร็วมาก แต่ก็มีราคาค่อนข้างแพง

RAM มีความผันผวนกล่าวคือข้อมูลที่เก็บไว้จะหายไปเมื่อเราปิดเครื่องคอมพิวเตอร์หรือเกิดไฟฟ้าดับ ดังนั้นระบบไฟฟ้าสำรอง (UPS) จึงมักใช้กับคอมพิวเตอร์ RAM มีขนาดเล็กทั้งในแง่ของขนาดทางกายภาพและปริมาณข้อมูลที่สามารถเก็บได้

RAM มีสองประเภท

• แรมแบบคงที่ (SRAM)
• ไดนามิกแรม (DRAM)

แรมแบบคงที่ (SRAM)

คำ staticแสดงว่าหน่วยความจำยังคงรักษาเนื้อหาไว้ตราบเท่าที่ยังคงใช้พลังงานอยู่ อย่างไรก็ตามข้อมูลจะหายไปเมื่อพลังงานลดลงเนื่องจากลักษณะที่ผันผวน ชิป SRAM ใช้เมทริกซ์ของทรานซิสเตอร์ 6 ตัวและไม่มีตัวเก็บประจุ ทรานซิสเตอร์ไม่ต้องการกระแสไฟเพื่อป้องกันการรั่วไหลดังนั้น SRAM จึงไม่จำเป็นต้องรีเฟรชเป็นประจำ

เนื่องจากพื้นที่เพิ่มเติมในเมทริกซ์ SRAM จึงใช้ชิปมากกว่า DRAM สำหรับพื้นที่จัดเก็บที่เท่ากันจึงทำให้ต้นทุนการผลิตสูงขึ้น

Static RAM ใช้เป็นหน่วยความจำแคชต้องเร็วและเล็กมาก

ไดนามิกแรม (DRAM)

DRAM ซึ่งแตกต่างจาก SRAM ต้องเป็นแบบต่อเนื่อง refreshedเพื่อให้มันรักษาข้อมูล ทำได้โดยการวางหน่วยความจำบนวงจรรีเฟรชที่เขียนข้อมูลใหม่หลายร้อยครั้งต่อวินาที DRAM ใช้สำหรับหน่วยความจำระบบส่วนใหญ่เนื่องจากมีราคาถูกและมีขนาดเล็ก DRAM ทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์หน่วยความจำ เซลล์เหล่านี้ประกอบด้วยตัวเก็บประจุหนึ่งตัวและทรานซิสเตอร์หนึ่งตัว

รอม

ROM ย่อมาจาก Read Only Memory หน่วยความจำที่เราอ่านได้ แต่เขียนไม่ได้ หน่วยความจำประเภทนี้ไม่ลบเลือน ข้อมูลจะถูกเก็บไว้อย่างถาวรในความทรงจำดังกล่าวระหว่างการผลิต

ROM จัดเก็บคำสั่งดังกล่าวตามที่จำเป็นในการสตาร์ทคอมพิวเตอร์เมื่อเปิดกระแสไฟฟ้าครั้งแรกการดำเนินการนี้เรียกว่า bootstrap ชิป ROM ไม่ได้ใช้เฉพาะในคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ เช่นเครื่องซักผ้าและเตาอบไมโครเวฟ

ต่อไปนี้เป็น ROM ประเภทต่างๆ -

MROM (ROM ที่สวมหน้ากาก)

ROM ตัวแรกคืออุปกรณ์สายแข็งที่มีชุดข้อมูลหรือคำสั่งที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า ROM ประเภทนี้เรียกว่า ROM แบบสวมหน้ากาก เป็น ROM ราคาไม่แพง

PROM (หน่วยความจำแบบอ่านโปรแกรมได้อย่างเดียว)

PROM เป็นหน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ผู้ใช้สามารถแก้ไขได้เพียงครั้งเดียว ผู้ใช้ซื้อ PROM เปล่าและป้อนเนื้อหาที่ต้องการโดยใช้โปรแกรมเมอร์ PROM ภายในชิป PROM มีฟิวส์ขนาดเล็กซึ่งเปิดอยู่ระหว่างการเขียนโปรแกรม สามารถตั้งโปรแกรมได้เพียงครั้งเดียวและไม่สามารถลบได้

EPROM (หน่วยความจำอ่านอย่างเดียวที่ลบได้และตั้งโปรแกรมได้)

EPROM สามารถลบได้โดยการสัมผัสกับแสงอัลตร้าไวโอเลตเป็นเวลานานไม่เกิน 40 นาที โดยปกติแล้วยางลบ EPROM สามารถใช้ฟังก์ชันนี้ได้ ในระหว่างการเขียนโปรแกรมประจุไฟฟ้าถูกขังอยู่ในบริเวณประตูฉนวน ประจุจะถูกเก็บไว้นานกว่าสิบปีเนื่องจากประจุไม่มีเส้นทางการรั่วไหล สำหรับการลบประจุนี้แสงอัลตร้าไวโอเลตจะถูกส่งผ่านหน้าต่างคริสตัลควอตซ์ (ฝา) การสัมผัสกับแสงอัลตร้าไวโอเลตนี้จะทำให้ประจุกระจายไป ในระหว่างการใช้งานปกติฝาควอตซ์จะปิดผนึกด้วยสติกเกอร์

EEPROM (หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียวที่ลบได้และตั้งโปรแกรมได้ด้วยไฟฟ้า)

EEPROM ถูกตั้งโปรแกรมและลบด้วยระบบไฟฟ้า สามารถลบและตั้งโปรแกรมใหม่ได้ประมาณหมื่นครั้ง ทั้งการลบและการเขียนโปรแกรมใช้เวลาประมาณ 4 ถึง 10 ms (มิลลิวินาที) ใน EEPROM ตำแหน่งใด ๆ สามารถเลือกลบและตั้งโปรแกรมได้ EEPROM สามารถลบได้ทีละไบต์แทนที่จะลบทั้งชิป ดังนั้นกระบวนการเขียนโปรแกรมใหม่จึงมีความยืดหยุ่น แต่ช้า

Serial Access Memory

การเข้าถึงตามลำดับหมายถึงระบบต้องค้นหาอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลจากจุดเริ่มต้นของที่อยู่หน่วยความจำจนกว่าจะพบข้อมูลที่ต้องการ อุปกรณ์หน่วยความจำที่รองรับการเข้าถึงดังกล่าวเรียกว่า Sequential Access Memory หรือ Serial Access Memory เทปแม่เหล็กเป็นตัวอย่างของหน่วยความจำการเข้าถึงแบบอนุกรม

หน่วยความจำเข้าถึงโดยตรง

หน่วยความจำเข้าถึงโดยตรงหรือ Random Access Memory หมายถึงเงื่อนไขที่ระบบสามารถไปยังข้อมูลที่ผู้ใช้ต้องการได้โดยตรง อุปกรณ์หน่วยความจำที่รองรับการเข้าถึงดังกล่าวเรียกว่า Direct Access Memory ดิสก์แม่เหล็กออปติคัลดิสก์เป็นตัวอย่างของหน่วยความจำเข้าถึงโดยตรง

ข้อมูลที่ถูกเก็บไว้

หน่วยความจำแคชเป็นหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ความเร็วสูงมากซึ่งสามารถเร่งความเร็วซีพียูได้ ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ระหว่าง CPU และหน่วยความจำหลัก ใช้เพื่อเก็บข้อมูลและโปรแกรมที่ CPU ใช้บ่อยที่สุด ส่วนต่างๆของข้อมูลและโปรแกรมจะถูกถ่ายโอนจากดิสก์ไปยังหน่วยความจำแคชโดยระบบปฏิบัติการซึ่ง CPU สามารถเข้าถึงได้

ข้อดี

• หน่วยความจำแคชเร็วกว่าหน่วยความจำหลัก
• ใช้เวลาในการเข้าถึงน้อยกว่าเมื่อเทียบกับหน่วยความจำหลัก
• จะจัดเก็บโปรแกรมที่สามารถดำเนินการได้ภายในระยะเวลาสั้น ๆ
• จัดเก็บข้อมูลสำหรับการใช้งานชั่วคราว

ข้อเสีย

• หน่วยความจำแคชมีความจุ จำกัด
• มันแพงมาก.

หน่วยความจำเสมือนเป็นเทคนิคที่ช่วยให้สามารถดำเนินการตามกระบวนการที่ไม่มีอยู่ในหน่วยความจำได้อย่างสมบูรณ์ ข้อได้เปรียบหลักที่มองเห็นได้ของโครงร่างนี้คือโปรแกรมสามารถมีขนาดใหญ่กว่าหน่วยความจำกายภาพ หน่วยความจำเสมือนคือการแยกหน่วยความจำโลจิคัลของผู้ใช้ออกจากหน่วยความจำฟิสิคัล

การแยกนี้ช่วยให้สามารถจัดเตรียมหน่วยความจำเสมือนที่มีขนาดใหญ่มากสำหรับโปรแกรมเมอร์เมื่อมีหน่วยความจำฟิสิคัลขนาดเล็กเท่านั้น ต่อไปนี้เป็นสถานการณ์เมื่อไม่จำเป็นต้องโหลดโปรแกรมทั้งหมดในหน่วยความจำหลักจนเต็ม

• รูทีนการจัดการข้อผิดพลาดที่ผู้ใช้เขียนขึ้นจะใช้เฉพาะเมื่อเกิดข้อผิดพลาดในข้อมูลหรือการคำนวณ

• ตัวเลือกและคุณสมบัติบางอย่างของโปรแกรมอาจใช้ไม่บ่อยนัก

• ตารางจำนวนมากได้รับการกำหนดพื้นที่แอดเดรสจำนวนคงที่แม้ว่าจะใช้ตารางเพียงเล็กน้อยก็ตาม

• ความสามารถในการรันโปรแกรมที่อยู่ในหน่วยความจำเพียงบางส่วนจะสวนทางกับประโยชน์มากมาย

• ต้องใช้จำนวน I / O น้อยลงในการโหลดหรือสลับโปรแกรมผู้ใช้แต่ละโปรแกรมลงในหน่วยความจำ

• โปรแกรมจะไม่ถูก จำกัด ด้วยจำนวนหน่วยความจำกายภาพที่มีอยู่อีกต่อไป

• โปรแกรมผู้ใช้แต่ละโปรแกรมอาจใช้หน่วยความจำฟิสิคัลน้อยลงโปรแกรมอื่น ๆ สามารถทำงานได้ในเวลาเดียวกันโดยมีการใช้งาน CPU และปริมาณงานเพิ่มขึ้น

หน่วยความจำเสริม

หน่วยความจำเสริมมีขนาดใหญ่กว่าหน่วยความจำหลักมาก แต่ช้ากว่า โดยปกติจะจัดเก็บโปรแกรมระบบคำสั่งและไฟล์ข้อมูล เรียกอีกอย่างว่าหน่วยความจำรอง นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นหน่วยความจำล้น / เสมือนในกรณีที่ความจุของหน่วยความจำหลักเกิน หน่วยความจำรองไม่สามารถเข้าถึงได้โดยตรงโดยโปรเซสเซอร์ ก่อนอื่นข้อมูล / ข้อมูลของหน่วยความจำเสริมจะถูกถ่ายโอนไปยังหน่วยความจำหลักจากนั้น CPU จะเข้าถึงข้อมูลนั้นได้ ลักษณะของ Auxiliary Memory มีดังต่อไปนี้ -

• Non-volatile memory - ข้อมูลจะไม่สูญหายเมื่อถูกตัดไฟ

• Reusable - ข้อมูลจะอยู่ในที่จัดเก็บข้อมูลสำรองอย่างถาวรจนกว่าผู้ใช้จะไม่เขียนทับหรือลบทิ้ง

• Reliable - ข้อมูลในที่เก็บข้อมูลสำรองมีความปลอดภัยเนื่องจากอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลสำรองมีความเสถียรทางกายภาพสูง

• Convenience - ด้วยความช่วยเหลือของซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ผู้ที่ได้รับอนุญาตสามารถค้นหาและเข้าถึงข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว

• Capacity - ที่เก็บข้อมูลสำรองสามารถจัดเก็บข้อมูลจำนวนมากในชุดของดิสก์หลาย ๆ แผ่น

• Cost - การจัดเก็บข้อมูลบนเทปหรือดิสก์มีราคาถูกกว่าหน่วยความจำหลักมาก