نگاه جامعی به رم‌های کامپیوتر

مقدمه

خرید کامپیوتر این روزها بسیار ساده شده و نیاز به آگاهی فنی خاصی ندارد. تنها کافی است برند تجاری مورد نظرتان را انتخاب کنید و لپ‌تاپ‌تان را از آن برند با توجه به بودجه مورد نظر خریداری کنید. اغلب اوقات اگر بخواهید به چیزی بیش از بودجه هم توجه کنید، تنها چند نکته مانند میزان رم، هارد، گرافیک و سی‌پی‌یو اهمیت پیدا می‌کنند.

در بازار دسکتاپ هم تقریباً به همین شکل است و شما با مراجعه به مغازه و اعلام قیمت مورد نظرتان لیستی را شامل قطعات مختلف دریافت می‌کنید و پس از توافق، چند ساعت بعد کامپیوترتان را تحویل می‌گیرید. اما اگر خودتان بخواهید سیستم‌تان را سر هم کنید، یا اینکه قصد ارتقاء لپ‌تاپ یا دسکتاپ‌تان را بدون مراجعه به تعمیرگاه‌ها و شرکت‌های کامپیوتری داشته باشید، داستان کمی فرق می‌کند.

اولین چیزی که کمی آزار دهنده به نظر می‌رسد و ممکن است شما را سر درگم کند، داستان RAM دستگاه است. با گردش کوچکی در سایت‌های فروش آنلاین قطعات کامپیوتری و یا مغازه‌های فروشنده اجناس نو و دست دوم، خواهید فهمید که با نامهایی همچون DDR3 و DDR2 و شاید هم در آینده اعداد بالاتر روبرو خواهید شد! داستان چیست؟ این اعداد نشان دهنده چه چیزی هستند؟

به شکل کاملاً ساده، DDR3 استاندارد فعلی حافظه سیستم‌های کامپیوتری است که با نام RAM یا SDRAM شناخته می‌شوند. این حافظه سریع‌ترین نوع رم است که هم اکنون به صورت گسترده توسط کاربران مورد استفاده قرار می‌گیرد و همان نوعی است که اکثر شماها هنگام ارتقاء سیستم به دنبال خرید آن هستید. درست است که DDR3 امروزه تمام بازار را قبضه کرده و جایگزین پیشینیان خود همچون DDR و DDR2 شده است. اما دیرزمانی نبود که آن دو هم برای خود فرمانروایی داشتند و یافتن مادربردی با DIMM یا ماژول حافظه دوبل خطی در آن روزگار سخت و گرانقیمت بود.

اما واقعاً عبارت DDR3 به چه معنی است؟ برای درک این کلمه، ابتدا باید تاریخچه آن را بدانیم که در قسمت داستان رم به آن می‌پردازیم.
 
 
 
 
 

توضیحی از عملکرد رایانه به زبان ساده

هارد:
مثل انباری است که همه چیزهایی که لازم دارید یا قرار است آن‌ها را نگهداری کنید (فایل‌ها، فیلم، عکس، موسیقی و…) را داخلش می‌گذاریم.
ممکن است از بعضی چیزهایی که داخل انباری می‌باشند استفاده کنیم و از بعضی‌ها خیر… اما بدون داشتن یه انباری خوب نمی‌توانید از وسایل خود سالم نگهداری کنید.

حالا در مورد انباری چه چیزی مهم است؟ (هارد)
1- ظرفیتش زیاد باشد: که در زمانی اندک پر نشود.
2- اندازه درب ورودی آن: که سریع و راحت وسایل (فایل‌ها) را بتوانیم جابه‌جا کنیم و یا داخلش جای دهیم و یا از داخل آن برداریم و نیز اگر انباری شما مجهز به آسانسور باشد سرعت ما در جایگزینی و عملیات انتقال بیشتر خواهد بود (هارد‌های SSD)
 
رم (RAM):
مثل کوله پشتی شما می‌باشد که در مسافرت یا دانشگاه و یا…، هر وسیله‌ای را که فقط در همان روز لازم است داخلش جای می‌دهید و هر موقع لازم شود خیلی سریع و راحت آن را برداشته و استفاده می‌کنید.

 
 
حال فرق آن با انباری چیست؟
کوله پشتی (RAM) همیشه همراه شما می‌باشد و فقط چیزهایی که واقعاً لازم می‌باشد را در اختیار شما می‌گذارد، چون ظرفیت آن خیلی کمتر از انباری یا کمد شما است و نیز سرعتش خیلی بالاتر می‌باشد (فرض کنید برای داشتن یک خودکار مجبور باشید به خانه برگردید…!)
به طور کلی، فایل و داده‌هایی که در کامپیوتر از آن‌ها استفاده می‌شود، داخل رم قرار می‌گیرند تا سریع بتوان به آن‌ها دسترسی داشت. به طور مثال یک فایل Word در هنگام استفاده داخل رم قرار دارد و نیز سیستم عامل (Windows) که مدیریت همه سخت‌افزار‌ها و نرم‌افزار‌ها را عهده‌دار می‌باشد در داخل رم قرار دارد. (پس هرچقدر رم سیستم شما بالاتر باشد سرعت بالاتر خواهد بود)

سی‌پی‌یو:
مانند مغز انسان می‌باشد که عملکردی مشابه را در کامپیوتر انجام می‌دهد. یعنی تمامی محاسبات و پردازش‌ها در سی‌پی‌یو انجام می‌شود.

 حال در سی‌پی‌یو چه چیزی مهم است؟
1- تعداد کارهایی که می‌تواند همزمان انجام بدهد
2- سرعت انجام آن‌ها.
به طور مثال مغز انسان همزمان بینایی، شنوایی، لامسه و… را پردازش می‌کند که حجم خیلی زیادی از اطلاعات را در بر می‌گیرد حال هرچه سرعت در پردازش سریع‌تر باشد نیاز ما سریع‌تر بر طرف می‌شود.
 
 کارت گرافیک:
مسئولیت پردازش آنچه که شما نیاز به مشاهده‌ی آن را دارید بر عهده این قطعه می‌باشد، یعنی محیطی که در صفحه نمایش به شما نشان داده می‌شود و در عملکرد‌های گرافیکی مانند بازی‌ها، که محیط بسیار گسترده و متنوعی دارند گرافیک خیلی نقش مهمی را ایفا می‌کند.

نکته: در زمینه سرعت کلی سیستم می‌توان گفت هم سی‌پی‌یو و هم رم و هم هارد تاثیر به سزایی دارند. یعنی همخوان بودن یا Match بودن قطعات بسیار مهم است به طور مثال فرض کنید شما یک سی‌پی‌یو خیلی قویی دارید که دارای این قابلیت می‌باشد تا اطلاعات را خیلی سریع پردازش کند، اما سرعت تحویل اطلاعات (سرعت RAM) به آن کند است. (تصور کنید اینشتین برای تئوری دادن، به هر اطلاعاتی که نیاز دارد، باید به کتابخانه در منزلش رفته و در آنجا جست و جو و مطالعه کند) اینجاست که سی‌پی‌یو هرآنچه هم قوی و با قدرت باشد باعث تغییر سرعت نخواهد شد!

به طور واضح‌تر مانند این می‌باشد که با شیر سماور بخواهید داخل یک لوله پلیکا آب بریزید یا برعکس…

در اصل اگر شما قصد داشته باشید یک سیستم با سرعتی بالا داشته باشید باید تمامی قطعات با یکدیگر هم خوانی داشته باشند.
 سرعت سی‌پی‌یو یا کَش سی‌پی‌یو: مانند جیب شلوار است که خیلی کوچیک می‌باشد و فقط چیزایی که خیلی لازم است را داخل آن می‌گذاریم! و به دلیل دسترسی راحت سرعتش نیز فوق العاده است.
پس هرچه شما جیب بیشتری (کش سی‌پی‌یو) داشته باشید وسایل بیشتری (اطلاعات برای پردازش) را با خود برداشته و راحت استفاده می‌کنید.

—————————————————————————————————

رم چیست؟

RAM یکی از انواع حافظه‌ها و البته پر کاربردترین آن‌هاست. RAM مخفف اصطلاح Random Access Memory یا حافظه با دستیابی تصادفی بوده و حافظه‌ای قابل خواندن و نوشتن می‌باشد. توجه داشته باشید که وقتی ما از حافظه‌ی اصلی کامپیوتر حرف‌می‌زنیم، منظور همان RAM است. این حافظه به ‌صورت غیر مستقیم در اختیار کاربر یا User قرار می‌گیرد.
اصولاً اطلاعات و داده‌های مربوط به هر برنامه‌ای که می‌خواهد اجرا شود، روی RAM قرار می‌گیرد. دلیل انجام این عمل ایجاد تعادل بین سرعت CPU و دیسک سخت می‌باشد. از آنجایی که سرعت CPUها بسیار زیاد است و سرعت دیسک‌های سخت نسبت به آن‌ها پایین می‌باشد، RAM می‌تواند با قرارگیری بین این دو یک تعادل سرعت ایجاد نماید. بنابراین مقدار RAM در مواقعی که کاربر نیاز به اجرای چندین برنامه به طور همزمان را دارد و یا از برنامه‌های پر حجم استفاده می‌کند تأثیر به سزایی در سرعت کامپیوتر خواهد داشت.

Ram در نگاه علمی

RAM‌ تکنولوژی است که امکان مجتمع‌سازی حافظه تک ‌ترانزیستوری با چگالی بسیار بالا و مصرف توان اندک را فراهم می‌سازد٬ این تکنولوژی از مشخصه‌های ترانزیستورهای SOI به نام ” اثر شناور بدنه ” یا Floating-Body Effect بهره‌ برداری می‌کند تا داده‌های دیجیتال را داخل ترانزیستورها ذخیره کند. ترانزیستور‌های ساخته شده در بستر SOI محصور شده و در یک لایه عایق اضافی جهت سرعت سوییچینگ بالاتر و مصرف توان کمتر می‌باشند که نیز ظرفیت خازنی اندکی دارند که در اصل به عنوان یکی از پارازیت‌های طراحی شناخته می‌شود.

پیدایش Ram

در سال 1990 یک محقق در یکی از مراکز تحقیقاتی بلژیک٬ دریافت که از این اثر پارازیتی می‌توان برای ذخیره سازی موقت یک بیت داخل ترانزیستور بهره برد٬‌ در سال 2001 دکتر Pierre Fazan مقاله‌ای در زمینه بهره‌گیری از اثر شناور بدنه ترانزیستور‌های SOI در آرایه‌های حافظه منتشر کرد و به کمک کمپانی Micron که یکی از نام‌های شناخته‌شده صنعت تولید تراشه‌های DRAM‌ می‌باشد، شرکت Innovative Silicon را بنیانگذاری کرد. ایشان به کمک همکاران خود در کمپانی Innovative Silicon تکنیک بهره‌گیری از اثر شناور بدنه جهت ذخیره‌سازی اطلاعات را به عنوان اختراع ثبت کرد و آنرا جهت به‌کارگیری در صنعت توسعه داد.

داستان RAM

SDRAM یا حافظه دستیابی تصادفی پویای همگام (Synchronous Dynamic Random Access Memory) در اوایل دهه ١٩٩٠ توسعه یافت و هدف آن حل مشکلی بود که همزمان با قدرتمند شدن کامپیوترها رخ می‌نمود.
 DRAM قدیمی، از رابط کاربری غیر همزمان یا ناهمگام استفاده می‌کرد، به این معنی که به صورت مستقل از پردازنده مرکزی عمل می‌نمود. این مورد اصلاً حالت ایده‌آل و مناسبی نبود. زیرا حافظه از پس تمام درخواست‌هایی ((Requests که پردازنده برای آن ارسال می‌کرد، بر نمی‌آمد.
SDRAM این فرآیند را با همزمان سازی و همگام کردن پاسخ‌های حافظه به ورودی‌های کنترلی باس سیستم ساده سازی کرد. این کار به حافظه اجازه می‌داد تا زمانی که منتظر فرآینده بعدی است، به یک فرآینده رسیدگی کند. با این شیوه، کامپیوترها نسبت به قبل، با سرعت خیلی بیشتری از پس انجام تسک‌ها بر می‌آمدند و به این شکل استاندارد حافظه در سیستم‌های کامپیوتری از اواخر دهه ١٩٩٠ تغییر کرد.
مدت زمان زیادی پس از معرفی SDRAM نگذشته بود که توسعه دهندگان سخت‌افزار و کاربران عادی دریافتند که حتی این شیوه هم محدودیت‌های مخصوص به خودش را دارد. SDRAM اصلی با رابط کاربری SDR یا نرخ دیتای تک، کار می‌کرد که در مقام مقایسه کلی با DRAM، تنها می‌توانست در هر سیکل-کلاک یک دستور را قبول کند. از آنجایی که کامپیوترها روز به روز عمومی‌تر و پیچیده‌تر می‌شدند در نتیجه توقع درخواست‌های بسیار پیچیده‌تری از حافظه کامپیوتر، به امری عادی تبدیل می‌شد. که این امر باعث پایین آمدن کارایی سیستم‌ها می‌شدند.

 
 

پیدایش DDR1) DDR)

حدود سال ٢٠٠٠ رابط کاربری جدیدی توسعه یافت. که آن را نرخ دیتای دوبل یا DDR می‌نامیدند. این شیوه به حافظه اجازه می‌داد که اطلاعات را در هر دو دور افزایشی و کاهشی سیگنال کلاک انتقال دهد. و به این صورت به حافظه قابلیت این را می‌داد که اطلاعات را تقریباً دو برابر سریع‌تر از SDR SDRAM‌های معمول انتقال دهد.
این تغییر از سوی دیگر هم دارای منافعی بود: این کار بدان معنی بود که حافظه می‌تواند در نرخ کلاک پایین‌تری (١٠٠ تا ٢٠٠ مگاهرتز) کار کند و انرژی کمتری (2.5 ولت) مصرف کند و به سرعت بیشتری (نرخ جابجایی تا ٤٠٠ MegaTransfer در ثانیه) دست بیابد.

ساخت DDR2

تکنولوژی پیشرفت کرد و پردازنده‌ها روز به روز قدرتمندتر و حریص‌تر شدند. در این میان DDR هم به تنهایی دیگر جواب‌گو نبود. این موضوع تا ٢٠٠٣ و عرضه حافظه‌های DDR2 ادامه داشت. این حافظه‌ها همان ایده قبلی را این گونه جلو بردند که کلاک داخلی در نصف سرعت باس دیتا کار کند. این به معنی دست‌یابی به سرعتی تقریباً دو برابر DDR اصلی بود (٢٠٠ تا ٥٣٣ مگاهرتز با نرخ انتقال تا ١٠٦٦ MegaTransfer در ثانیه) و باز هم میزان مصرف انرژی کمتر می‌شد (1.8 ولت).

ظهور DDR3

به طور طبیعی، DDR3 فرزند بعدی این خانواده بود که در سال ٢٠٠٧ رونمایی شد و با کلاک داخلی نصف حافظه قبلی کار می‌کرد که سرعتی دو برابر DDR2 را به ارمغان می‌آورد (٤٠٠ تا ١٠٦٦ مگاهرتز و حداکثر نرخ انتقال ٢١٣٣ مگاترانسفر در ثانیه) و مصرف انرژی را باز هم کاهش داد (1.5 ولت).

حتماً تا این جای مقاله، درباره نسل بعدی منطقی حافظه، حدس‌هایی زده‌اید و یا درباره آن‌ها اطلاعاتی دارید. در واقع DDR4 هم اکنون در حال توسعه و تحقیق است و تا حدودی به مرحله تولید هم نزدیک شده و ظاهراً شرکت سامسونگ اولین نمونه از آن را تا سال ٢٠١٤ به بازار عرضه خواهد کرد. انتظار می‌رود این حافظه نرخ انتقال ٤٢٦٦ مگاترانسفر در ثانیه با میزان مصرف انرژی حدود 1.05 تا 1.2 ولت داشته باشد.

 

تکنولوژی Dual Channel در RAM

نحوه عملکرد رم (RAM) به گونه‌ای است که مانع از کارکرد کامپیوتر با بالاترین سرعت ممکن می‌شود. علت این است که سرعت CPU بیشتر از رم است و معمولاً برای ارسال اطلاعات به حافظه رم باید لحظاتی منتظر بماند. در طول این مدت انتظار، CPU بی کار می‌ماند (البته این حرف کاملاً صحیح نیست ولی برای بیان منظور مناسب است). در یک کامپیوتر ایده‌آل رم باید به اندازه CPU سریع باشد. فناوری Dual channel برای دو برابر کردن سرعت ارتباط بین حافظه رم و کنترلر حافظه (Memory Controller) ابداع شده است.
قبل از اینکه درباره نحوه کار Dual channel صحبت کنیم اجازه دهید نحوه اتصال رم به سیستم را توضیح دهیم.
حافظه بوسیله مداری به نام «کنترلر حافظه» کنترل می‌شود. این مدار از نظر فیزیکی داخل چیپست‌های شمالی یا North Bridge قرار دارند که به آن MCH) (Memory Controller HUB)) هم می‌گویند. وظیفه چیپست شمالی این است که اطلاعات رم و گرافیک و چیپست جنوبی را پردازش کرده و سپس به سمت CPU هدایت ‌کند. این مورد بیشتر در مورد CPU ‌های اینتل صادق است و در مورد AMD این مدار داخل CPU قرار دارد مانند AMD64، Athlon 64 phenom که این گونه‌اند ولی CPU ‌های قدیمی‌تر مانند Athlon XP نحوه کاری شبیه اینتل داشتند.
حافظه رم از طریق یک سری گذرگاه یا BUS به کنترلر حافظه متصل شده است. این گذرگاه‌ها به سه گروه تقسیم شده‌اند:

• Address BUS
• Control BUS
• Data BUS

Data BUS: اطلاعات یا دیتا اطلاعاتی را که در حال خواندن است حمل می‌کنند. مثلاً اطلاعات را از رم به کنترلر حافظه و سپس CPU انتقال می‌دهند.
Address BUS: به حافظه رم می‌گویند که مشخص می‌کند دقیقاً کدام اطلاعات باید خوانده شود یا کدام اطلاعات باید ذخیره شوند.
Control BUS: دستوراتی را به ماژول‌های حافظه رم می‌فرستند و می‌گویند چه عملیاتی درحال انجام است. به عنوان مثال می‌گویند این یک فرمان نوشتن، ذخیره کردن، یا یک فرمان خواندن است. یک وظیفه مهم دیگری در باس کنترل وجود دارد و آن سیگنال کلاک پالس ساعت رم است که این سیگنال در کنترلر حافظه تولید می‌شود. در شکل زیر توضیحات بالا به سادگی قابل مشاهده است. البته این شکل براساس مدل اینتل کشیده شده است. و همانطور که گفته شد در CPU ‌های شرکت AMD مدار کنترلر حافظه در داخل CPU قرار دارد و بنابراین باس حافظه مستقیماً و بدون واسطه از CPU می‌آید.

فعال کردن حالت Dual Channel

برای فعال کردن Dual Channel نیاز به پشتیبانی چیپ‌ست و مادربورد (در سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های اینتل) و پشتیبانی پردازنده (درسیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های AMD) و دو یا چهار ماژول حافظه یکسان سازگار با حافظه مورد پشتیبانی توسط مادربورد DDR-SDRAM،DDR2-SDRAM  و DDR3-SDRAM دارید.
پردازنده‌های شرکت AMD مبتنی بر سوکت 939، 940، AM2+ و AM2 F و همچنین مادربوردهای سوکت 462 که دارای چیپ‌ست nForce2 هستند از فناوری Dual Channel پشتیبانی می‌کنند. برای سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های اینتل نیز لازم است که به دفترچه راهنمای مادربورد یا وب‌سایت سازنده مادربورد مراجعه کنید.
اگر تنها یک ماژول حافظه داشته باشید، نمی‌توانید از فناوری Dual Channel استفاده کنید. بنابراین اگر قصد دارید سیستمی تهیه کنید که دو گیگابایت حافظه داشته باشد بهتر است دو عدد ماژول یک گیگابایتی به جای یک ماژول دو گیگابایتی داشته باشید، زیرا در این صورت می‌توانید از ویژگی Dual Channel که موجب افزایش کارایی می‌شود، استفاده کنید.
اگر مادربورد شما تنها دو اسلا‌ت حافظه داشته باشد برای فعال کردن ویژگی Dual Channel باید درون هر دو اسلا‌ت، ماژول حافظه قرار دهید. مادربوردهایی که دارای چهار اسلا‌ت حافظه هستند روش‌های متفاوتی برای فعال کردن ویژگی Dual Channel دارند.
اگر شما چهار ماژول حافظه یکسان داشته باشید، با قرار دادن آن‌ها روی چهار اسلا‌ت حافظه می‌توانید از ویژگی Dual Channel استفاده کنید، اما اگر دارای دو ماژول حافظه هستید باید به روش زیر عمل کنید.
در مادربوردهای مبتنی بر پردازنده‌های اینتل باید یکی از حافظه‌ها را در اسلا‌ت یک و دیگری را در اسلا‌ت سه یا یکی از حافظه‌ها را درون اسلا‌ت دو و دیگری را در اسلا‌ت چهار قرار دهید. بیشتر سازندگان مادربوردها با رنگ‌بندی متفاوت نحوه قرار دادن حافظه‌ها را مشخص کرده‌اند.
برای استفاده از پیکربندی Dual Channel در این مادربوردها لازم است که حافظه‌ها را در اسلا‌ت‌های همرنگ قرار دهید.
توجه: پیکربندی Dual Channel در بعضی مادربوردها مطابق روش ذکر شده در بالا نیست و برای فعال شدن حالت دو کاناله باید حافظه را روی اسلات‌های یک و دو یا سه و چهار قرار داد.
زمانی‌که شما ماژول‌های حافظه را روی اسلا‌ت یک و سه یا دو و چهار نصب می‌کنید یعنی شما هر ماژول حافظه را روی یک کانال متفاوت نصب کرده‌اید، بنابراین هر دو باس 64 بیتی فعال می‌شوند و عرض باس حافظه به 128 بیت افزایش پیدا می‌کند.
اگر شما حافظه‌ها را درون کانال‌های یکسان قرار دهید (نصب کردن حافظه‌ها روی کانال یک و دو یا سه و چهار) کنترلر حافظه تنها یک باس 64 بیتی را خواهد دید و بنابراین سیستم در وضعیت Single Channel عمل می‌کند.
فعال کردن قابلیت Dual Channel روی سیستم‌های مبتنی بر پردازنده‌های AMD کمی متفاوت است. برای فعال کردن قابلیت Dual Channel در مادربوردهای مبتنی بر پردازنده‌های AMD نیز باید از حافظه‌های یکسان و یک جور استفاده کرد، اما با این تفاوت که در این مادربوردها اسلات‌ها به صورت یک در میان با یکدیگر Dual Channel نمی‌شوند.
به عبارت ساده‌تر برای پیکربندی Dual Channel در تمامی مادربوردهای AMD (شامل MSI) باید حافظه‌ها را درون اسلا‌ت‌های همرنگ قرار داد.

 بررسی فعال شدن Dual Channel

بعد از پیکربندی Dual Channel لازم است بررسی شود که آیا حافظه‌ها در این وضعیت عمل می‌کنند یا خیر ؟ بیشتر مادربوردهای رایج، اطلاعات مربوط به وضعیت Dual Channel را در صفحه POST، صفحه سیاه رنگی که بعد از روشن کردن سیستم دیده می‌شود و مشخصات پردازنده، مادربورد، میزان حافظه و هارد‌دیسک‌ها را نمایش می‌دهد، نشان می‌دهند. در این صفحه در صورتی‌که مادربورد در وضعیت Dual Channel قرار گرفته باشد، عبارت Dual Channel و در غیر این‌صورت عبارت Single Channel نمایش داده خواهد شد.

تکنولوژی Triple Channel در RAM