رم (RAM) کامپیوتر و لپ‌تاپ چیه و چه کاری انجام میده؟

اگه تا حالا به این فکر کردین که کامپیوتر شما چطوری این همه کار رو هم‌زمان انجام میده، از چک کردن ایمیل و وب‌گردی گرفته تا فیلم دیدن و بازی کردن، باید بدونین که این کارها حاصل همکاری قطعات مختلفی هست. درست مثل ما که تو زندگی روزمره چند تا کار رو با هم مدیریت می‌کنیم، کامپیوترها هم برای اجرای برنامه‌ها، کارها رو بین قطعاتشون تقسیم می‌کنن. یکی از کلیدی‌ترین و مهم‌ترین این قطعه‌ها، حافظه‌ای به اسم رم یا Random-Access Memory هست. رم مثل حافظه کوتاه‌مدت کامپیوتر شما عمل می‌کنه و تاثیر مستقیمی روی تجربه کاربری شما داره. اگه رم کامپیوتر یا لپ‌تاپ شما ظرفیت یا قابلیت‌های مناسبی نداشته باشه، عملکرد دستگاه خیلی ضعیف میشه و حتی ممکنه اصلا کار نکنه. بیاید دقیق‌تر ببینیم رم چیه، چه کاری انجام میده و چطور بفهمیم که به اندازه کافی رم داریم یا نه.

رم دقیقا چیه؟

رم (RAM) یک مخفف رایج تو دنیای کامپیوتره که به معنی «حافظه دسترسی تصادفی» یا Random-Access Memory هست. بعضی وقت‌ها بهش حافظه کامپیوتر یا خیلی ساده، مموری هم میگن. در اصل، رم حافظه کوتاه‌مدت کامپیوتر یا لپ‌تاپ شماست. اینجا همون جاییه که داده‌هایی که پردازنده (CPU) کامپیوتر شما برای اجرای برنامه‌ها و باز کردن فایل‌ها نیاز داره، ذخیره میشه.

از نظر فیزیکی، رم داخل کامپیوتر معمولا به شکل یک برد مدار چاپی صاف و مستطیلیه که تراشه‌های حافظه بهش متصل شدن. به این بردها ماژول حافظه هم گفته میشه. کامپیوترها معمولا حداقل با دو ماژول رم عرضه میشن و فضایی برای اضافه کردن ماژول‌های بیشتر هم دارن. این ماژول‌های رم قطعاتی حیاتی هستن که دست تو دست واحد پردازش مرکزی (CPU) کامپیوتر کار می‌کنن و برای اینکه شما تجربه خوبی از کار با کامپیوتر داشته باشین، باید در بهترین حالت ممکن کار کنن.

این حافظه یه جورایی مثل یه میز کار می‌مونه. وقتی می‌خواین روی پروژه‌ای کار کنین، تمام ابزار و مدارک مورد نیازتون رو از کمد و کشوها درمیارین و روی میز می‌چینین تا دم دستتون باشه و سریع بهشون دسترسی داشته باشین. رم هم دقیقا همین کار رو برای کامپیوتر می‌کنه. اطلاعاتی که کامپیوتر همین الان بهشون نیاز داره، روی این «میز کار» قرار می‌گیرن.

رم کامپیوتر و لپ‌تاپ چطوری کار می‌کنه؟

هر وقت شما یه بازی رو از هارد دیسک کامپیوترتون اجرا می‌کنین یا یه فیلم رو از اینترنت استریم می‌کنین، کامپیوتر داده‌هایی که پردازنده یا همون CPU برای اون کارها نیاز داره رو توی رم بارگذاری می‌کنه. بعد، CPU از این حافظه برای انجام کارهای پیچیده‌ای که برای ارائه تجربه مورد نظر شما لازمه، استفاده می‌کنه.

به همین دلیله که رم باید سریع باشه؛ خیلی سریع‌تر از حافظه بلندمدتی که درایو دیسک کامپیوتر شما ارائه میده. سرعت رم شما مشخص می‌کنه که داده‌ها با چه سرعتی به داخل و خارج CPU جریان پیدا می‌کنن. اگه رم شما خیلی کند باشه، باید زمان زیادی رو صرف تماشای اون نشانگر چرخان ماوس بکنین.

میشه رم رو مثل حافظه کوتاه‌مدت خودمون تصور کرد که به ما کمک می‌کنه داده‌های فوری مورد نیاز برای کارهایی مثل به خاطر سپردن لیست خرید موقع راه رفتن تو فروشگاه رو ذخیره کنیم. اگه حافظه کوتاه‌مدت خودتون رو از دست می‌دادین، نمی‌تونستین چیزی رو بیشتر از چند ثانیه به خاطر بسپرین. اما داشتن حافظه کوتاه‌مدت بیشتر به شما اجازه میده کارهای هم‌زمان بیشتری انجام بدین و اون کارها می‌تونن پیچیده‌تر باشن.

به طور مشابه، هرچی ظرفیت حافظه رم کامپیوتر شما بالاتر باشه، CPU شما سریع‌تر می‌تونه کارش رو تموم کنه و تجربه شما روان‌تر خواهد بود. رم همچنین به شما اجازه میده از برنامه‌های سنگین مثل نرم‌افزارهای ویرایش ویدیو استفاده کنین و فایل‌های بزرگ‌تری رو باز کنین.

یه مثال دیگه می‌تونه این باشه: تصور کنین رم مثل مجموعه‌ای از جعبه‌هاست که تو ستون‌ها و ردیف‌هایی چیده شدن و هر جعبه می‌تونه عدد صفر یا یک رو نگه داره. هر جعبه یه آدرس منحصربه‌فرد داره که با شمردن ستون‌ها و ردیف‌ها مشخص میشه. به مجموعه‌ای از این جعبه‌ها «آرایه» و به هر جعبه «سلول» گفته میشه. برای پیدا کردن یه سلول خاص، کنترل‌کننده رم آدرس ستون و ردیف رو از طریق یه خط الکتریکی نازک که روی تراشه حک شده، ارسال می‌کنه. هر ردیف و ستون تو آرایه رم، خط آدرس مخصوص به خودش رو داره. هر داده‌ای هم که از این آرایه خونده میشه، از طریق یه خط داده جداگانه برگردونده میشه.

فرق رم با حافظه هارد دیسک چیه؟

خیلی مهمه که بین رم (حافظه کوتاه‌مدت) و حافظه بلندمدت روی درایو دیسک کامپیوتر که بهش هارد دیسک هم میگن، تفاوت قائل بشیم. درایوهای دیسک، چه از نوع درایوهای دیسک سخت سنتی (HDD) باشن چه از نوع درایوهای حالت جامد جدیدتر (SSD)، برای ذخیره‌سازی بلندمدت داده‌ها و فایل‌ها استفاده میشن. رم فقط داده‌هایی رو نگه می‌داره که شما برای برنامه‌ها و فایل‌هایی که در حال حاضر باز هستن، نیاز دارین. وقتی شما یه برنامه رو می‌بندین یا کامپیوترتون رو خاموش می‌کنین، داده‌ها از رم پاک میشن. به همین دلیله که خیلی مهمه قبل از خروج از برنامه، کارتون رو روی درایو دیسک ذخیره کنین!

به طور خلاصه، این دو نوع حافظه نقش‌های متفاوتی دارن:

هارد دیسک (HDD/SSD): مثل کمد یا انبار کامپیوتره. همه فایل‌ها، برنامه‌ها و سیستم‌عامل شما برای همیشه اینجا ذخیره میشن، حتی وقتی کامپیوتر خاموشه. ظرفیتش خیلی زیاده ولی سرعتش کمتره.
رم (RAM): مثل میز کار کامپیوتره. فقط اطلاعاتی که همین الان دارن استفاده میشن رو به طور موقت نگه می‌داره. سرعتش فوق‌العاده بالاست ولی ظرفیتش کمتره و با قطع برق، همه اطلاعاتش پاک میشه.

چرا رم اینقدر مهمه؟

اگه از کامپیوترتون بخواین کاری انجام بده، مثلا یه عکس رو برای ویرایش باز کنه، و شما به اندازه کافی رم در دسترس نداشته باشین، کامپیوتر شما برای باز کردن اون فایل باید شروع به جابجا کردن داده‌ها بکنه. تصور کنین کسی از شما بخواد یه عالمه توپ تنیس که روی زمین پخش شدن رو جمع کنین، ولی تعدادشون بیشتر از چیزی باشه که بتونین به راحتی تو دستاتون نگه دارین. مجبور میشین شروع به جابجا کردن توپ‌ها و گذاشتن اونها تو جیب‌ها یا بغلتون بکنین تا بتونین همه‌شون رو یک‌جا حمل کنین. به طور مشابه، اگه کامپیوتر شما رم کافی نداشته باشه، مجبور میشه داده‌ها رو بین هارد دیسک کندتر، رم و پردازنده‌تون جابجا کنه که باعث میشه همه چیز کند بشه.

رم به دلیل سرعت بالای دسترسی به داده‌ها اهمیت داره. چون به پردازنده اجازه میده بدون تاخیر به اطلاعات مورد نیازش برسه، کل سیستم روان‌تر و سریع‌تر کار می‌کنه. اگه رم وجود نداشت یا خیلی کند بود، پردازنده باید برای هر کار کوچکی منتظر می‌موند تا اطلاعات از هارد دیسک خونده بشه که این فرایند خیلی زمان‌بره.

چقدر رم نیاز داریم؟

مقدار رمی که کامپیوتر شما نیاز داره بستگی به این داره که از کامپیوترتون برای چه کاری استفاده می‌کنین.

کاربری سبک (۴ گیگابایت): اگه فقط برای دیدن ویدیو و جواب دادن به ایمیل ازش استفاده می‌کنین، حتی ۴ گیگابایت هم می‌تونه کارتون رو راه بندازه.
کاربری عمومی و استاندارد (۸ تا ۱۲ گیگابایت): برای اکثر کاربرا، مثل وب‌گردی با چندین تب باز، کار با نرم‌افزارهای آفیس و انجام چند کار هم‌زمان، ۸ گیگابایت رم یه نقطه شروع خوبه. هرچند، ۱۲ گیگابایت به عنوان یه استاندارد عمومی خوب و حداقلی در نظر گرفته میشه.
کاربری حرفه‌ای و گیمینگ (۱۶ گیگابایت به بالا): اگه می‌خواین عکس ویرایش کنین یا بازی‌های ویدیویی انجام بدین، باید حداقل با ۱۲ گیگابایت رم شروع کنین و از اون بالاتر برین. اگه دنبال یه تجربه بدون محدودیت هستین، حداقل ۳۲ گیگابایت رم نیاز دارین. این مقدار به شما اجازه میده برنامه‌های قدرتمندی مثل فتوشاپ رو اجرا کنین و همچنین جدیدترین بازی‌ها رو با نرخ فریم بر ثانیه (FPS) خوبی بازی کنین.
کاربران خیلی حرفه‌ای (۶۴ گیگابایت و بیشتر): کاربران حرفه‌ای و گیمرهای جدی برای باز کردن پتانسیل کامل بازی‌ها و برنامه‌هاشون به ۶۴ گیگابایت رم و حتی بیشتر نیاز خواهند داشت.

یه قانون کلی خوب اینه که به توصیه‌های رم برای برنامه‌هایی که بیشتر از همه استفاده می‌کنین نگاه کنین و بعد مقدار کل مورد نیاز رو با مقدار رمی که کامپیوترتون در حال حاضر داره مقایسه کنین. برای مثال، برای ویرایش ویدیو، توصیه میشه یه سیستم حداقل ۱۶ گیگابایت رم داشته باشه، هرچند بیشتر بهتره. برای ویرایش عکس تو فتوشاپ، شرکت Adobe توصیه می‌کنه سیستمتون حداقل ۸ گیگابایت رم برای اجرای فتوشاپ کریتیو کلاد روی مک داشته باشه. با این حال، اگه کاربر هم‌زمان با چندین برنامه کار می‌کنه، حتی ۸ گیگابایت رم هم ممکنه کافی نباشه و عملکرد آسیب می‌بینه.

چطوری بفهمیم چقدر رم داریم؟

روش‌های زیادی برای دیدن اینکه کامپیوتر شما در حال حاضر چقدر رم داره و چقدر از اون رو داره استفاده می‌کنه وجود داره. هر دو قطعه اطلاعات مهم هستن. سریع‌ترین راه برای پیدا کردن اطلاعات در مورد رم کامپیوترتون، دسترسی به اطلاعات سیستم با استفاده از «مدیر وظیفه» یا Task Manager کامپیوتره.

برای باز کردن مدیر وظیفه، می‌تونین از نوار جستجو در منوی استارت کامپیوترتون یا نزدیک اون استفاده کنین. یا می‌تونین کلیدهای Control، Alt و Delete رو به طور هم‌زمان روی کیبورد فشار بدین و بعد روی مدیر وظیفه کلیک کنین. تو پنجره مدیر وظیفه، تب Performance رو پیدا و روش کلیک کنین، بعد روی Memory کلیک کنین. نمای Memory به شما میگه که در مجموع چقدر رم دارین، در حال حاضر چقدر دارین استفاده می‌کنین، و کامپیوتر شما چند تا اسلات حافظه داره و از چندتاش استفاده می‌کنه، و همچنین اطلاعات استفاده اضافی دیگه. مهمه که مقدار زیادی رم در دسترس داشته باشین. اگه استفاده از رم شما برای یه دوره طولانی بین ۸۰ تا ۱۰۰ درصد در نوسان باشه، کامپیوتر شما ظرفیت حافظه کافی نداره.

از کجا بفهمیم وقت ارتقا رسیده؟

فراتر از نگاه کردن به اینکه چقدر از ظرفیت رمتون رو دارین استفاده می‌کنین، تعدادی نشانه وجود داره که ممکنه نشون بده رم شما برای کارهایی که ازش می‌خواین، مناسب نیست:

استفاده مداوم بالای ۸۰ درصد: شما می‌بینین که کامپیوترتون خیلی وقتا بیشتر از ۸۰ درصد از رمش رو استفاده می‌کنه.
کند باز شدن فایل‌ها: فایل‌ها، به خصوص فایل‌های بزرگ، خیلی کند باز میشن.
کرش کردن و فریز شدن مکرر: کامپیوتر شما به طور مکرر کرش می‌کنه و یا برنامه‌ها اغلب فریز میشن.
کند باز شدن برنامه‌ها و وب‌سایت‌ها: برنامه‌ها و وب‌سایت‌ها خیلی کند باز میشن.
افت عملکرد با چند برنامه: باز کردن چندین برنامه باعث افت شدید عملکرد میشه.
پیغام خطای سیستم: موقع تلاش برای نصب یه برنامه، پیغامی دریافت می‌کنین که کامپیوتر شما حداقل سیستم مورد نیاز رو نداره.

اگه چندین مورد از این‌ها رو به طور مداوم تجربه می‌کنین، ممکنه نشونه این باشه که وقت ارتقای رم یا ارتقای کامپیوترتون به مدلی که قابلیت‌های مورد نیازتون رو داره، رسیده.

رم رو ارتقا بدیم یا کل کامپیوتر رو؟

یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین راه‌ها برای بهبود بهره‌وری و لذت بردن موقع استفاده از کامپیوتر، ارتقای رمه. خیلی از کامپیوترها، حتی خیلی از لپ‌تاپ‌ها، اسلات‌های رم قابل ارتقا دارن و کاربران باتجربه می‌تونن ماژول‌های رم جداگانه رو بخرن و نصب کنن تا حافظه کامپیوتر موجود رو گسترش بدن. شما همچنین می‌تونین از یه متخصص بخواین این کار رو براتون انجام بده.

با این حال، در بلندمدت، ارتقا واقعا اختیاری نیست. نرم‌افزاری که همه ما بهش تکیه می‌کنیم به طور مداوم در حال به‌روزرسانیه و نیازهای بیشتر و بیشتری رو به سخت‌افزار کامپیوتر شما اضافه می‌کنه. علاوه بر این، استانداردهای فنی برای رم به طور مداوم در حال تغییر هستن، بنابراین بعد از یه مدت مشخص، گزینه‌های ارتقای شما و کامپیوترتون نمی‌تونن همگام باشن.

قبل از تصمیم به ارتقای رم، شاید بهتر باشه در نظر بگیرین که کامپیوتر فعلی شما در کل چقدر نیازهای شما رو پشتیبانی می‌کنه و آیا ممکنه وقت خرید یه کامپیوتر جدید رسیده باشه. خرید یه دسکتاپ، لپ‌تاپ یا کامپیوتر شخصی دیگه‌ای که با پردازنده اینتل کار می‌کنه، این اطمینان رو به شما میده که ظرفیت رم مناسب با سرعت مناسب برای یه تجربه عالی رو دارین.

انواع مختلف رم

به طور کلی، رم به دو شکل اصلی وجود داره: رم استاتیک (SRAM) و رم دینامیک (DRAM). هر دو نوع استاتیک و دینامیک «فرار» یا Volatile در نظر گرفته میشن، چون با قطع شدن برق سیستم، وضعیتشون از بین میره.

۱. رم دینامیک (DRAM – Dynamic Random Access Memory)

DRAM نوع رایج‌تریه که معمولا برای حافظه اصلی کامپیوتر استفاده میشه. همونطور که قبلا گفته شد، برای نگه داشتن داده‌های ذخیره شده به برق مداوم نیاز داره.

ساختار: هر سلول حافظه DRAM از یک جفت ترانزیستور و خازن تشکیل شده. خازن یه بار مثبت یا منفی رو نگه می‌داره (به ترتیب برای ۱ یا ۰)، و ترانزیستور مثل یه سوئیچ عمل می‌کنه که به مدار کنترل روی تراشه اجازه میده وضعیت بار خازن رو بخونه یا تغییرش بده.
نیاز به تازه‌سازی (Refresh): خازن‌ها مثل یه سطل سوراخ‌دار عمل می‌کنن و به مرور زمان شارژشون رو از دست میدن. به همین دلیل، داده‌های داخل DRAM باید به طور مداوم هر چند میلی‌ثانیه یک بار با یه بار الکترونیکی «تازه‌سازی» بشن تا از بین نرن. این فرآیند تازه‌سازی دلیل نام‌گذاری «دینامیک» برای این نوع رمه.
مزایا و معایب: DRAM ارزون‌تر از SRAM هست و چگالی بالاتری داره (یعنی می‌تونه داده‌های بیشتری رو تو فضای کمتری جا بده)، اما گرمای بیشتری تولید می‌کنه، برق بیشتری مصرف می‌کنه و به سرعت SRAM نیست.

۲. رم استاتیک (SRAM – Static Random Access Memory)

این نوع رم معمولا برای حافظه کش (Cache) پرسرعت سیستم، مثل کش L1 یا L2 استفاده میشه.

ساختار: در SRAM، به جای استفاده از خازن، از نوعی مدار فلیپ‌فلاپ برای نگه داشتن هر بیت داده استفاده میشه. این مدار معمولا از چهار تا شش ترانزیستور تشکیل شده. یک ترانزیستور مثل یه سوئیچ عمل می‌کنه که یک موقعیتش به عنوان ۱ و موقعیت دیگه‌اش به عنوان ۰ عمل می‌کنه.
عدم نیاز به تازه‌سازی: برخلاف DRAM، رم استاتیک نیازی به تازه‌سازی مداوم نداره و تا زمانی که برق بهش میرسه، داده‌ها رو حفظ می‌کنه. همین موضوع باعث میشه سرعتش خیلی بیشتر باشه.
مزایا و معایب: SRAM خیلی سریع‌تره و برق کمتری مصرف می‌کنه، اما به دلیل داشتن قطعات بیشتر در هر سلول حافظه، تولیدش گرون‌تره و چگالی کمتری داره. به همین دلیل، SRAM عمدتا در مقادیر کم و به عنوان حافظه کش در داخل پردازنده کامپیوتر استفاده میشه.

ویژگی	رم دینامیک (DRAM)	رم استاتیک (SRAM)
کاربرد اصلی	حافظه اصلی کامپیوتر	حافظه کش (Cache) پردازنده
سرعت	کندتر	بسیار سریع‌تر
هزینه	ارزان‌تر	گران‌تر
چگالی	بالا (داده بیشتر در فضای کمتر)	پایین (فضای بیشتر برای داده کمتر)
مصرف برق	بیشتر	کمتر
نیاز به تازه‌سازی	بله (هر چند میلی‌ثانیه)	خیر

حافظه ECC چیست؟

حافظه ECC که می‌تونه از نوع SRAM یا DRAM باشه، شامل مدارهای ویژه‌ای برای تشخیص و یا تصحیح خطاهای تصادفی (خطاهای حافظه) در داده‌های ذخیره شده با استفاده از بیت‌های پاریتی یا کدهای تصحیح خطا هست. این نوع حافظه بیشتر در سرورها و سیستم‌های حساسی استفاده میشه که حتی یک خطای کوچک در داده‌ها می‌تونه مشکلات بزرگی ایجاد کنه.

تاریخچه و تکامل رم

استفاده از رم به شکل امروزی یه شبه اتفاق نیفتاده و مسیری طولانی رو طی کرده. بیاید یه نگاهی به این مسیر بندازیم.

حافظه‌های اولیه

کامپیوترهای اولیه از رله‌ها، شمارنده‌های مکانیکی یا خطوط تاخیر برای عملکردهای حافظه اصلی استفاده می‌کردن. خطوط تاخیر اولتراسونیک دستگاه‌های سریالی بودن که فقط می‌تونستن داده‌ها رو به ترتیبی که نوشته شده بودن، بازتولید کنن. حافظه درام (Drum Memory) رو میشد با هزینه نسبتا کمی گسترش داد، اما بازیابی کارآمد آیتم‌های حافظه نیازمند شناخت طرح فیزیکی درام برای بهینه‌سازی سرعت بود.

لامپ ویلیامز و حافظه هسته مغناطیسی

اولین شکل عملی حافظه با دسترسی تصادفی، لامپ ویلیامز (Williams tube) بود که در سال ۱۹۴۷ اختراع شد. این حافظه داده‌ها رو به صورت نقاط باردار الکتریکی روی صفحه یک لامپ پرتوی کاتدی ذخیره می‌کرد. از اونجایی که پرتو الکترونی می‌تونست نقاط روی لامپ رو به هر ترتیبی بخونه و بنویسه، این حافظه از نوع دسترسی تصادفی بود.

بعد از اون، حافظه هسته مغناطیسی (Magnetic-core memory) که در سال ۱۹۴۷ اختراع شد و تا اواسط دهه ۱۹۷۰ توسعه پیدا کرد، به شکل گسترده‌ای از حافظه با دسترسی تصادفی تبدیل شد. این حافظه به آرایه‌ای از حلقه‌های مغناطیسی متکی بود و با تغییر جهت مغناطش هر حلقه، یک بیت داده ذخیره می‌شد. حافظه هسته مغناطیسی تا زمان جایگزین شدن با حافظه نیمه‌هادی در مدارهای مجتمع (IC) در اوایل دهه ۱۹۷۰، شکل استاندارد حافظه کامپیوتر بود.

ظهور حافظه نیمه‌هادی (MOS RAM)

حافظه نیمه‌هادی در دهه ۱۹۶۰ با حافظه دوقطبی که از ترانزیستورهای دوقطبی استفاده می‌کرد، ظاهر شد. اگرچه سریع‌تر بود، اما نمی‌تونست با قیمت پایین‌تر حافظه هسته مغناطیسی رقابت کنه.

تحول بزرگ با توسعه فناوری MOS (فلز-اکسید-نیمه‌هادی) اتفاق افتاد. در سال ۱۹۶۴، جان اشمیت در شرکت Fairchild Semiconductor حافظه MOS رو توسعه داد. حافظه نیمه‌هادی MOS علاوه بر سرعت بالاتر، ارزون‌تر بود و انرژی کمتری نسبت به حافظه هسته مغناطیسی مصرف می‌کرد. این فناوری راه رو برای تولید تراشه‌های حافظه MOS باز کرد و در اوایل دهه ۱۹۷۰، حافظه MOS به عنوان فناوری غالب حافظه، جای حافظه هسته مغناطیسی رو گرفت.

SRAM: اولین رم استاتیک (SRAM) توسط رابرت نورمن در Fairchild در سال ۱۹۶۳ اختراع شد. در سال ۱۹۶۵، شرکت IBM تراشه حافظه SP95 رو برای کامپیوتر System/360 Model 95 معرفی کرد که از این فناوری استفاده می‌کرد.
DRAM: رم دینامیک (DRAM) با جایگزین کردن یک مدار لچ ۴ یا ۶ ترانزیستوری با یک ترانزیستور برای هر بیت حافظه، چگالی حافظه رو به شدت افزایش داد. در سال ۱۹۶۶، دکتر رابرت دنارد در IBM معماری مدرن DRAM رو اختراع کرد که در اون برای هر خازن یک ترانزیستور MOS وجود داشت. اولین تراشه آی‌سی تجاری DRAM، اینتل ۱۱۰۳ بود که در اکتبر ۱۹۷۰ با ظرفیت ۱ کیلوبیت معرفی شد.

از SDRAM تا DDR5

در ابتدا رم‌ها غیرهمگام (asynchronous) بودن، یعنی تراشه‌های رم سرعت کلاک متفاوتی با پردازنده کامپیوتر داشتن. این موضوع با قوی‌تر شدن پردازنده‌ها به یک مشکل تبدیل شد.

در اوایل دهه ۱۹۹۰، با معرفی رم دینامیک همگام یا SDRAM، سرعت کلاک‌ها همگام‌سازی شد. با همگام کردن حافظه کامپیوتر با ورودی‌های پردازنده، کامپیوترها تونستن کارها رو سریع‌تر اجرا کنن. اولین SDRAM تجاری، تراشه KM48SL2000 سامسونگ بود که در سال ۱۹۹۲ معرفی شد.

اما SDRAM نرخ داده تکی (SDR) به سرعت به محدودیت خودش رسید. حدود سال ۲۰۰۰، SDRAM نرخ داده دوگانه یا DDR SDRAM معرفی شد. DDR در یک چرخه کلاک، دو بار داده رو منتقل می‌کرد: در ابتدا و انتهای چرخه.

از زمان معرفی، DDR SDRAM به تکامل خودش ادامه داده:

DDR2: نسل دوم که در سال ۲۰۰۳ معرفی شد.
DDR3: نسل سوم که در سال ۲۰۰۷ معرفی شد.
DDR4: نسل چهارم که در سال ۲۰۱۴ عرضه شد.
DDR5: جدیدترین نسل که مشخصاتش در جولای ۲۰۲۰ توسط JEDEC منتشر شد و نویدبخش بهبود عملکرد قابل توجهی نسبت به DDR4 هست.

هر نسل جدید، سرعت انتقال داده رو بهبود بخشیده و مصرف برق رو کاهش داده. با این حال، نسل‌ها با نسخه‌های قبلی خودشون سازگار نیستن چون داده‌ها در دسته‌های بزرگ‌تری مدیریت میشن.

انواع خاص رم

علاوه بر رم‌های اصلی، انواع دیگه‌ای هم برای کاربردهای خاص توسعه پیدا کردن:

GDDR (Graphics DDR): این نوع SDRAM در کارت‌های گرافیک و ویدیویی استفاده میشه. GDDR ولتاژ بالاتری داره و زمان‌بندی کمتری نسبت به DDR SDRAM داره. این ویژگی‌ها برای کارهای موازی مثل رندرینگ ویدیوی دو بعدی و سه بعدی مناسبه. این نوع رم هم نسل‌های مختلفی داره و جدیدترین اون GDDR7 هست.
VRAM (Video RAM): این هم نوعی رم هست که به طور خاص برای آداپتورهای ویدیویی یا شتاب‌دهنده‌های سه بعدی استفاده میشه. VRAM معمولا دو پورت دسترسی مستقل داره که به CPU و پردازنده گرافیکی اجازه میده به طور هم‌زمان به رم دسترسی داشته باشن.
LPDDR (Low Power DDR): این نسخه کم‌مصرف رم DDR هست که به طور خاص برای دستگاه‌های موبایل مثل گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها طراحی شده. جدیدترین نسل اون LPDDR5 هست که سرعت و بهره‌وری رو برای این دستگاه‌ها به طور قابل توجهی افزایش میده.

مفاهیم پیشرفته‌تر در دنیای رم

حالا که با اصول اولیه رم آشنا شدیم، بیاید به چند مفهوم پیشرفته‌تر و روندهای آینده نگاهی بندازیم.

سلسله‌مراتب حافظه (Memory Hierarchy)

کامپیوترهای مدرن از یک سیستم چندلایه برای مدیریت حافظه استفاده می‌کنن که بهش «سلسله‌مراتب حافظه» میگن. این سیستم برای رسیدن به سریع‌ترین زمان دسترسی متوسط با کمترین هزینه کل طراحی شده. این سلسله‌مراتب به این شکله:

رجیسترهای پردازنده (Processor Registers): سریع‌ترین و کوچک‌ترین نوع حافظه که مستقیما داخل خود CPU قرار داره. داده‌هایی که CPU همین الان داره روشون کار می‌کنه اینجا قرار می‌گیرن.
حافظه پنهان یا کش (Cache Memory): این حافظه کمی کندتر ولی بزرگ‌تر از رجیسترهاست و بین CPU و رم اصلی قرار می‌گیره. معمولا در سه سطح L1, L2, L3 وجود داره. کش L1 سریع‌ترین و کوچک‌ترینه و داخل CPU قرار داره. کش داده‌هایی که اخیرا استفاده شدن رو نگه می‌داره تا اگه CPU دوباره بهشون نیاز داشت، لازم نباشه تا رم اصلی بره.
رم اصلی (Main Memory – DRAM): این همون رمیه که تا الان در موردش صحبت کردیم. کندتر و بزرگ‌تر از کشه.
حافظه مجازی (Virtual Memory): وقتی رم اصلی پر میشه، سیستم‌عامل از بخشی از هارد دیسک یا SSD به عنوان یک رم کمکی و کند استفاده می‌کنه.
حافظه ذخیره‌سازی (Storage – HDD/SSD): کندترین و بزرگ‌ترین لایه که برای ذخیره‌سازی دائمی اطلاعات استفاده میشه.

هدف کلی اینه که داده‌های پرکاربرد در سریع‌ترین لایه‌ها (رجیستر و کش) نگه داشته بشن تا عملکرد کلی سیستم بالا بره.

دیوار حافظه (The Memory Wall)

«دیوار حافظه» به نابرابری روزافزون سرعت بین CPU و زمان پاسخ‌دهی حافظه (تاخیر حافظه) خارج از تراشه CPU اشاره داره. از سال ۱۹۸۶ تا ۲۰۰۰، سرعت CPU با نرخ سالانه ۵۵ درصد بهبود پیدا کرد، در حالی که زمان پاسخ‌دهی حافظه خارج از تراشه فقط ۱۰ درصد بهبود داشت. این روند باعث شد که پیش‌بینی بشه تاخیر حافظه به یک گلوگاه بزرگ در عملکرد کامپیوتر تبدیل میشه.

یکی از دلایل این نابرابری، محدودیت پهنای باند ارتباطی فراتر از مرزهای تراشه است که بهش «دیوار پهنای باند» هم میگن. همچنین، افزایش اندازه حافظه به طور ذاتی باعث کندتر شدن اون میشه، چون سیگنال‌ها برای پیمودن یک مدار بزرگ‌تر به زمان بیشتری نیاز دارن.

بهبود سرعت CPU تا حدی به دلیل موانع فیزیکی و تا حدی به دلیل اینکه طراحی‌های فعلی CPU به نوعی به این دیوار حافظه برخورد کردن، به طور قابل توجهی کند شده. اینتل در سندی در سال ۲۰۰۵ این دلایل رو خلاصه کرد: کاهش ابعاد تراشه و افزایش فرکانس کلاک باعث افزایش نشت جریان ترانزیستور و در نتیجه مصرف بیش از حد برق و گرما میشه. علاوه بر این، مزایای سرعت کلاک بالاتر تا حدی با تاخیر حافظه خنثی میشه.

حافظه مجازی (Virtual Memory)

اکثر سیستم‌عامل‌های مدرن از روشی برای افزایش ظرفیت رم به نام «حافظه مجازی» استفاده می‌کنن. بخشی از هارد دیسک کامپیوتر برای یک «فایل صفحه‌بندی» (paging file) یا «پارتیشن موقت» (scratch partition) کنار گذاشته میشه و ترکیب رم فیزیکی و فایل صفحه‌بندی، حافظه کل سیستم رو تشکیل میده. برای مثال، اگه یه کامپیوتر ۲ گیگابایت رم و ۱ گیگابایت فایل صفحه داشته باشه، سیستم‌عامل در مجموع ۳ گیگابایت حافظه در اختیار داره.

وقتی سیستم با کمبود حافظه فیزیکی مواجه میشه، می‌تونه بخش‌هایی از رم رو به فایل صفحه‌بندی «جابجا» (swap) کنه تا برای داده‌های جدید جا باز بشه، و همچنین اطلاعات جابجا شده قبلی رو دوباره به رم بخونه. استفاده بیش از حد از این مکانیزم منجر به پدیده‌ای به نام «کوبش» (thrashing) میشه و به طور کلی عملکرد کلی سیستم رو مختل می‌کنه، عمدتا به این دلیل که هارد دیسک‌ها خیلی کندتر از رم هستن.

رم دیسک (RAM Disk)

نرم‌افزار می‌تونه بخشی از رم کامپیوتر رو «پارتیشن‌بندی» کنه و بهش اجازه بده مثل یه هارد دیسک خیلی سریع‌تر عمل کنه که بهش «رم دیسک» میگن. رم دیسک داده‌های ذخیره شده رو با خاموش شدن کامپیوتر از دست میده، مگر اینکه حافظه طوری تنظیم شده باشه که منبع باتری آماده به کار داشته باشه.

رم سایه (Shadow RAM)

گاهی اوقات، محتویات یه تراشه ROM نسبتا کند به حافظه خواندن/نوشتن (رم) کپی میشه تا زمان دسترسی کوتاه‌تری فراهم بشه. بعد تراشه ROM غیرفعال میشه و مکان‌های حافظه مقداردهی شده در همون بلوک آدرس‌ها فعال میشن. این فرآیند که گاهی «سایه‌سازی» (shadowing) نامیده میشه، هم در کامپیوترها و هم در سیستم‌های تعبیه‌شده نسبتا رایجه. برای مثال، بایوس در کامپیوترهای شخصی معمولی اغلب گزینه‌ای به نام «استفاده از بایوس سایه» داره.

آینده رم: ReRAM و سرنوشت 3D XPoint

فناوری‌های جدیدی هم در حال توسعه هستن. یکی از اون‌ها ReRAM یا RRAM (حافظه دسترسی تصادفی مقاومتی) هست. این یک حافظه غیرفراره که می‌تونه مقاومت ماده دی‌الکتریک جامدی که ازش ساخته شده رو تغییر بده. ReRAM سرعت سوئیچینگ بالاتری نسبت به فلش NAND داره و نویدبخش چگالی ذخیره‌سازی بالاتر و مصرف انرژی کمتره. این ویژگی‌ها ReRAM رو به گزینه‌ای خوب برای حافظه در حسگرهای مورد استفاده در کاربردهای صنعتی، خودرو و اینترنت اشیا تبدیل می‌کنه.

زمانی، صنعت حافظه امید زیادی به فناوری‌های حافظه کلاس ذخیره‌سازی (SCM) مثل 3D XPoint بسته بود. این فناوری که حاصل همکاری اینتل و مایکرون بود، قرار بود شکاف بین DRAM و فلش NAND رو پر کنه. تنها نتیجه قابل توجه این تلاش، خط تولید Optane اینتل بود که شامل SSDها و ماژول‌های حافظه میشد. با این حال، این فناوری هرگز به طور گسترده مورد استقبال قرار نگرفت و اینتل توسعه اون رو متوقف کرده و آینده‌اش نامشخص باقی مونده.

هزینه رم

قیمت DRAM در اوایل سال ۲۰۲۳ به طور قابل توجهی کاهش پیدا کرد، اما این روند تا پایان سال معکوس شد و قیمت‌ها به افزایش ادامه دادن. در اوایل سال، به دلیل کاهش تقاضا، عرضه بیش از حد DRAM وجود داشت. در پاسخ، تولیدکنندگان شروع به کاهش تولید کردن که باعث افزایش مجدد قیمت‌ها شد. بر اساس گزارش شرکت تحلیلی TrendForce، قیمت قراردادی یک ماژول حافظه ۸ گیگابایتی DDR5 در پایان نوامبر ۲۰۲۳ به طور متوسط حدود ۱۷.۵۰ دلار بود که ۲.۹۴ درصد نسبت به ماه قبل افزایش داشت. بازار DRAM مثل همیشه بی‌ثبات باقی مونده.