RAM

تاریخچه حافظه تصادفی

 

 به طور حتم حافظه یکی از بخش های مهم یک سیستم کامپیوتری ( پس از پردازنده و مادربورد ) محسوب شده و نقش بسزایی را در عملکرد نهایی آن سیستم ایفا می کند.  در این مقاله نگاهی به تاریخچه این قطعه با ارزش خواهیم داشت تا با سیر تکامل آن بیشتر آشنا شویم . ابتدا بگذارید با مفهوم RAM آشنا شویم، RAM ( مخفف Random Access Memory )  یا حافظه با دسترسی تصادفی، یک نوع فرم و دیاگرام نگهداری اطلاعات در کامپیوتر به شمار می رود که به کاربر این اجازه را می دهد تا اطلاعات را در عین حال که به طور مستقیم بر روی سیستم ذخیره می نماید، به صورت تصادفی نیز بتواند در هر لحظه به آن دسترسی داشته باشد. در واقع RAM از تعدادی خانه یا سلول داده ای تشکیل شده است که هر خانه قابلیت نگهداری میزان مشخصی از اطلاعات را داشته و با یک آدرس منحصر به فرد فراخوانی می شود.

 

 حافظه یک سیستم همواره به عنوان یک عامل محدود‌کننده کارایی سیستم بر شمرده می شود که این موضوع به دلیل سرعت پایین حافظه (تاخیر خواندن و نوشتن از سلول‌های حافظه) نسبت به پردازنده است. تمامی اطلاعات به منظور پردازش، ابتدا مجوز ورود به این نوع حافظه را دریافت خواهند کرد چرا که سرعت دسترسی به داده ها در RAM توسط پردازنده مرکزی، بسیار سریعتر صورت می پذیرد . در مقابل برخی دیگر از تجهیزات ذخیره سازی همچون هارد دیسک ها، دیسک های نوری (CD و DVD)، نوار های مغناطیسی و همچنین حافظه های اصلی اولیه ( drum ) عمل خواندن و نوشتن داده ها تنها در یک زمان مشخص و بر اساس یک الگوریتم از پیش تعیین شده صورت می پذیرد که دلیل این محدودیت را می توان ساختار مکانیکی آنها دانست. بنابراین می توان گفت مدت زمان لازم برای دستیابی به داده مورد نظر ( در یک نقطه از حافظه )، بستگی به موقعیت فیزیکی آن داشته و هر چه سطح آن بهینه تر باشد، میزان تاخیر به کمترین میزان ممکن خواهد رسید. 

 امروزه نیز حافظه RAM به شکل مدارات مجتمعی است که امکان ذخیره سازی اطلاعات به صورت تصادفی را به ما می دهد (البته واژه تصادفی بدان معنا نیست که امکان دسترسی به هر مقدار اطلاعات در هر زمانی ، بدون در نظر گرفتن موقعیت فیزیکی و ترتیب چینش انها وجود دارد). داده هایی که در حافظه RAM قرار می گیرد، قابل حذف بوده و در هر لحظه با اطلاعات جدیدی جایگزین می شوند. در ضمن بروز هر نوع وقفه از جمله قطعی جریان برق می تواند به از بین رفتن داده های نگهداری شده توسط حافظه منجر شود. سال ها پیش و تا قبل از اینکه RAM به طور رسمی به دنیای IT معرفی شود، حافظه هایی همانند SRAM ، OTP و NOR Flash به عنوان حافظه اصلی سیستم در اختیار کاربران قرار می گرفتند که البته از ظرفیت ، سرعت و قدرت بسیار کمی برخودار بودند. اما به واقع در آن سالها نیازی به حافظه های  قدرتمندتر احساس نمی شد و هیچ نرم افزار یا بازی وجود نداشت تا بتواند این قطعه را به شکل موثری محک بزند. یکی از اولین حافظه های RAM در سال 1951 میلای به تولید رسید که تنها چند کیلو بیت ظرفیت داشت ( چقدر قانع ! ) و عرضه آن تا اواخر سال 1970 ادامه پیدا کرد. در آن برهه زمانی، جی فورستر یکی از دانشجویان دانشگاه MIT، نمونه ای از حافظه RAM را که از موادی همچون هسته فریت، مواد فرا مغناطیسی و سرامیک ساخته می شد، تولید کرد. 

 استفاده از هسته فریت سبب می گردید تا اطلاعات بیشتری در یک زمان خاص توسط حافظه نقل و انتقال یابد. بر پایه اطلاعات موجود، این حافظه در بیش از 95 درصد از کامپیوترهای خانگی ( تا سال 1976 ) مورد استفاده قرار گرفت. اگر بخواهیم زمان دقیق رونمایی از اولین RAM جهان را محاسبه کنیم، باید به سال های بین 1945 تا 1954 باز گردیم. در آن زمان Williams Tube در لابراتوار تحقیقاتی خود، موفق به ساخت نوعی حافظه گردید که داده های موجود را به صورت ذرات باردار الکتریکی، بر روی یک لوله اشعه کاتد (این لوله چیزی شبیه به ترانزیستورهای به کار رفته در مانیتورها و تلویزیون های CRT بود) ذخیره می کرد. از آنجائیکه پرتوهای الکترونی قادر به خواندن و نوشتن نقاط مختلف (سلول های داده ای) لوله کاتدی بودند، با عنوان حافظه با دسترسی تصادفی شناخته شدند. این شیوه که با تکیه بر آرایه هایی پیوسته از حلقه های مغناظیسی به فعالیت می پرداخت، تا اواسط سال 1970 ادامه پیدا کرد و سبب گردید تا روند تحقیقاتی بر روی این پروژه سرعت بیشتری پیدا کرده و شرکت های بسیاری تولید انبوه آن را آغاز کنند. در سال 1968، آقای Robert H.Dennard پس از سالها تحقیق و تلاش مستمر توانست حافظه های پویا ( DRAM ) را اختراع نماید. ساختار این حافظه متشکل از 4 الی 6 ترانزیستور بود و تنها یک ترانزیستور برای هر بیت حافظه در نظر گرفته می شد. 

این ویژگی سبب گردید تا این نوع حافظه ها، از چگالی و سرعت بالاتری نسبت به نسل پیشین خود برخودار شوند . اینتل که در آن زمان قلب تپنده ساخت پردازنده در جهان بود، در فواصل بین 1969 تا 1974 به ساخت انواع تراشه های حافظه پرداخت. از جمله این محصولات می توان به حافظه 1 کیلوبایتی ، چیپ حافظه با کد 1103، چیپ حافظه با کد رمز 1101 و چیپست 1701 با 256 بایت ظرفیت اشاره کرد. شرکت آلمانی  VEB Carl Zeiss  نیز که از سال 1846 با هدف تولید انواع تجهیزات پزشکی، صنعتی و الکتریکی در شهر Jena آلمان تاسیس گردید و در سال 1989 با تولید یک حافظه با ظرفیت 1 مگابیت، خود را به لیست تولید کنندگان حافظه اصلی ملحق نمود. البته اپل کماکان با ساخت  حافظه 1 مگابایتی (در سال 1984)، به عنوان یکی از دارندگان پرسرعت ترین حافظه های RAM در جهان به شمار می آمد. در دهه نود، حافظه های DDR (یا Double Data Rate) وارد عرصه رقابت شدند که از حداکثر فرکانس 400 مگاهرتز پشتیبانی کرده و در کنار نسل اول پردازنده های Pentium 4  و Athlon کمپانی AMD مورد استفاده قرار می گرفتند. اندکی بعد با ورود حافظه DDR2، دیگر خانواده DDR حرفی برای گفتن نداشتند. 

ظرفیت و فرکانس کاری بیشتر (حداکثر 1066 مگاهرتز) حافظه های رم DDR2 را به یک گزینه ایده آل برای دوستداران کامپیوترهای حرفه ای تبدیل کرد (طبق معمول، چیزهای خوب برای پولدارها است!). و در آخر حافظه های DDR3 که هم اکنون در اختیار بسیاری از کاربران جهان قرار دارند، از سال 2007 به طور رسمی معرفی و جایگزین نسل پیشین خود گردیدند. از مهمترین مولفه های خانواده DDR3، بهینه سازی در بخش ولتاژ (توان مصرفی و کاهش حرارت ) است که سبب گردیده تا این محصولات کارایی فوق العاده ای را در امور مختلف به نمایش بگذارند. پس آنچه که امروز به عنوان حافظه RAM شناخته می شود، برگرفته از همین قطعات قدیمی بوده و مسلما در راه رسیدن به حافظه های امروزی، زمان و هزینه بالایی صرف گردیده است.