الذاكرة الرئيسية

1. الذاكرة الرئيسية RAM

2. (Random Access Memory) RAM • لربما هذا المسمى هو ما يربطه غالب المستخدمين بالذاكرة. هذا الاسم مشتق من Random Access Memory. هي الذاكرة التي يمكن الولوج إليها بشكل غير منظم.لشرح كلمة غير منظم يجب أن نشرح كيف يتم تخزين المعلومة في الذاكرة.الذاكرة مقسمة إلى خانات وتسمى صفحات. كل صفحة لها عنوانها الخاص. عند الاحتياج إلى أي معلومة مخزنة في الذاكرة فانه يتم الولوج إليها مباشرة من خلال عنوانها الخاص بها . عند عدم وجود عنوان خاص لكل صفحة، فانه لإيجاد المعلومة يجب البحث بكل الصفحات لغاية العثور على المعلومة المطلوبة. هذا البحث يتم بطريقة منظمة أي البحث بأول خانة ومن ثم الثانية والثالثة ..الخ. ألان وقد انتهينا من شرح معنى RAM يجب أن نبين بعض المعلومات عن هذا النوع من الذاكرة.هذه الذاكرة لا تستطيع تخزين المعلومة بدون وجود طاقة كهربائية. أي أن المعلومة المخزنة يتم مسحها عند فصل الذاكرة عن الطاقة. م.نضال قاسم

3. مكونات الذاكرة الرئيسية • كل قطعة ذاكرة تعد دائرة متكاملة مركبة من ملايين الخلايا التي يكونها اتحاد الترانزستوراتTransistors و المكثفاتCapacitors بحيث يشكل كل ترانزيستور ومكثف خلية واحدة من خلايا الذاكرة وكل خلية من هذه الخلايا تعادل بتاً واحداً من البيانات . ونذكر أن البتbit هو أصغر وحدة في الذاكرة وكل 8 بت تشكل بايت واحداً ، والبايت Byte كافي لتخزين حرف واحد في الكتابة أو رقم أو رمز . • هناك أكثر من نوع من ذاكرة الوصول العشوائي، وأسعارها تتفاوت باختلاف هذه الأنواع. م.نضال قاسم

4. طريقة تخاطب المعالج مع الذاكرة الرئيسية • يتم التخاطب بين المعالج والذاكرة عن طريق متحكم الذاكرة (Memory Controler Hub) • متحكم الذاكرة Memory controler hub:يتوضع بين المعالج والذاكرة الرئيسية و يقوم بالتحكم بعمليات انتقال البيانات بين المعالج و الذاكرة الرئيسية. • هناك ثلاثة مسارات بين متحكم الذاكرة و المعالج : • Data bus • Control bus • Address bus م.نضال قاسم

5. طريقة تخاطب المعالج مع الذاكرة الرئيسية أنواع النواقل بين متحكم الذاكرة و الذاكرة الرئيسية: • Data bus: تحمل البيانات المقروءة من الذاكرة لمتحكم الذاكرة أو البيانات المراد كتابتها من متحكم الذاكرة للذاكرة الرئيسية. • Address bus: مسارات تحدد المكان المطلوب القراءة منه أو الكتابه به من متحكم الذاكرة للذاكرة الرئيسية. • Control bus: تحتوي على الأمر المطلوب تنفيذه وقد يكون كتابة Store لتخزين البيانات بالذاكرة أو Read في حال أردنا القراءة من الذاكرة . م.نضال قاسم

6. طريقة تخاطب المعالج مع الذاكرة م.نضال قاسم

7. RAM • تقسم الذاكرة الرئيسية إلى قسمين أساسيين : • SRAM(Static RAM) أو الذاكرة الساكنة. • DRAM(Dynamic RAM) أو الذاكرة الديناميكية. م.نضال قاسم

8. SRAM(Static RAM) • تحتفظ بالبيانات طالما أن بها تيار كهربائي وهي لاتحتاج إلى انعاش أو Refresh مثل الDRAM • تخزن القيم في الذاكرة من نوع SRAM باستخدام (القلابات (Flip-Flops لذلك فهي لا تحتاج إلى تحديث (Refresh) مثل ال DRAM • صغيرة جدا مقارنة بال DRAM • أسرع بكثير من ال DRAM . • غالية الثمن. • تستخدم في الأجزاء التي تحتاج إلى سرعات عالية مثل المعالج وأهم مثال عليها L1 cache, L2 cache,L3 cache م.نضال قاسم

9. SRAM(Static RAM) • لها عدة أنواع : • ASRAM(Asynchronous SRAM) • SBSRAM(Synchronous Burst SRAM) • PBSR(Pipeline Burst SRAM) م.نضال قاسم

10. DRAM(Dynamic RAM) • سميت بهذا الأسم لأنها لابد أن تتعرض لعملية Refresh أو انعاش كل فترة من الوقت وإلا فقدت البيانات المخزنة بها. • تتم عملية الإنعاش أو Refresh بقراءة البتات وإعادة كتابتها بنفس المكان. • أرخص من ذواكر SRAM. • تستخدم في الذواكر الرئيسية RAM. • تتكون من مصفوفة من المكثفات وهذه المكثفات تفقد طاقتها ببطء وإذا لم يتم شحنها دوريا قد يتحول ال1 في احدها إلى 0 وهذا معناه حدوث خطأ ما يدعى ب Data corruption. • تقسم هذه الذاكرة إلى نوعين من الذاكرة : • RDRAM(Rambus Dynamic RAM) • SDRAM(Synchronous Dynamic RAM) م.نضال قاسم

11. SDRAM( Synchronous DRAM) • Synchronous DRAM لربما تكون اشهر أنواع الذاكرة و أكثرها استخداما ألآن، كلمة Synchronous تعني أن هذه الذاكرة تعمل بالتزامن مع سرعة ساعة النظام. • تم أيجاد توحيد لمسميات تبين السرعة التي تستطيع هذه الذاكرة العمل عليها. • PC66 تعنى أن الذاكرة تستطيع العمل على سرعة 66 ميغاهرتز و PC100 تعنى أنها تعمل على 100 ميغاهرتز . م.نضال قاسم

12. SDRAM(Synchronous DRAM) لها عدة أنواع وهي : • SDR-SDRAM(Single Data Rate SDRAM) • DDR-SDRAM(Double Data Rate SDRAM) • DDR2-SDRAM(Double Data Rate2 SDRAM) • DDR3-SDRAM(Double Data Rate3 SDRAM) م.نضال قاسم

13. SDR-SDRAM(Single Data Rate SDRAM) • تعمل بالتزامن مع ساعة النظام . • تقاس سرعتها بال MHz • السرعات التي تعمل بها 66,75,83,133 MHz • النوع الأكثر استخداما يحوي على 168 نقطة اتصال بعرض 64 بت. • يمكن تركيب شريحة واحدة من الذاكرة لتلبية متطلبات الناقل بعرض 64 bits • يجب أن تكون سرعة الذاكرة مساوية أو أكبر من سرعة النظام وإلا لن يكون النظام مستقرا. • PC66 تعنى أن الذاكرة تستطيع العمل على سرعة 66 ميغاهرتز و PC100 تعنى أنها تعمل على 100 ميغاهرتز ..الخ والتي تساوي سرعة الناقل الأمامي FSB م.نضال قاسم

14. SDR-SDRAM م.نضال قاسم

15. DDR-SDRAM • عرض حزمة البيانات لهذا النوع من الذواكر ضعف عرض حزمة البيانات للذواكر من نوع SDR(single data rate) SDRAM • وهو التطور المنطقي لذاكرة SDRAM. لزيادة حجم المعلومة المنقولة بين المعالج والذاكرة، فانه تم اختراع تقنية مضاعفة تردد الناقل الأمامي لكي تحول سرعة تردد الناقل الأمامي من 100 إلى 200 ميغاهرتز ومن 133 إلى 266 ميغاهرتز. من هنا أتى المسمى Double Data Rate DRAM.هذه التقنية ساعدت كثيرا في تحسين مستوى نقل المعلومة، فبات بالإمكان تقل المعلومات بين المعالج والذاكرة بسرعات تصل إلى 2100 ميغابايت بالثانية. • حيث يتم نقل البيانات في النصف الأول من دورة الساعة المرتفع و نقل البيانات في النصف الثاني من دورة الساعة عند هبوطها. • تحوي على 184 pins وشق واحد . • الرمز PC1600يبين أن هذه الذاكرة تستطيع نقل 1600 ميغابايت في الثانية بينما PC2100 تعنى أن الذاكرة تستطيع نقل 2100 ميغابايت في الثانية. م.نضال قاسم

16. DDR-SDRAM م.نضال قاسم

17. جدول يوضح رموز الذاكرة و عرض الحزمة م.نضال قاسم

18. DDR2-SDRAM • تطور للذواكر DDR SDRAM وأكثر سرعة منها. • DDR2 تنقل البيانات بمعدل سرعة 4 عمليات نقل للبيانات بدورة الساعة الواحدة. • تستخدم طاقة بمقدار 1.8 v • تستخدم 240 pins و فتحة واحدة للتثبيت . • معدل تدفق البيانات= سرعة نقل البيانات للذاكرة * عرض الذاكرة بالبايت • مثلا: DDR2-400(400 هي سرعة نقل البيانات) • معدل تدفق البيانات=400 MHz * 8 byte (64 bits)= 3200 MBps م.نضال قاسم

19. DDR2 (DIMM) م.نضال قاسم

20. مخطط يوضح رموز DDR2 و عرض الحزمة لكل رمز م.نضال قاسم

21. DDR3-SDRAM • تطور للذواكر من نوع DDR2 SDRAM • صممت لمضاعفة أداء الذواكر من نوع DDR2 • تستخدم طاقة أقل من DDR2 بمقدار 1.5 v • اسرع بمرتين من الذواكر من نوع DDR2 • تحوي على 240 pins وفتحة واحدة للتثبيت. • تنفذ 8 عمليات نقل للبيانات خلال دورة الساعة الواحدة. م.نضال قاسم

22. مخطط يوضح رموز DDR3 و عرض الحزمة لكل رمز م.نضال قاسم

23. DDR3 م.نضال قاسم

24. ملاحظات • لدينا نوعين من تسمية الذاكرة : • PCx-y حيث yهي معدل تدفق البيانات للذاكرة و x تدل على الإصدار الخاص بالDDR إما PC من أجل DDRأو PC2 من أجل DDR2 أو PC3 من أجل DDR3 . • DDRx-y حيث yهي سرعة نقل البيانات و x هو الإصدار الخاص بال DDR. • معدل تدفق البيانات = سرعة الذاكرة * 8byte(64bits) حيث 8 بايت هي عرض جميع ذواكر ال DDR م.نضال قاسم

25. أمثلة • لدينا ذاكرة من نوع PC3-6400 ماهو معدل تدفق البيانات لهذه الذاكرة و ماهو التردد الفعلي للناقل الأمامي FSB وماهو عرض حزمة البيانات Bandwidth لهذه الذاكرة: • بما أنها PC3 فهي من النوع DDR3 وكما نعلم فإن الرقم 6400 يدل على معدل تدفق البيانات • سرعة نقل البيانات 64000/8 =800 MHz • حيث كما ذكرنا 8 byte هي عرض البيانات في الذواكر من نوع DDR • أما سرعة الناقل الأمامي الفعلية فهي 800/8 حيث 8 هي عدد مضاعفات سرعة الناقل الأمامي بالنسبة للذاكرة DDR3 م.نضال قاسم

26. RDRAM(Rambus Dynamic RAM) • تقنية خاصة بشركة Rambus • تصل لسرعة حتى 800 MHz • تأتي بشرائح من نوع RIMM وهي Rambus In-line Memory Module • 184-pin من أجل الحواسب الشخصية و 160-pinSO-RIMM من أجل الحواسب المحمولة. • جميع شقوق التوسعة الخاصة بهذه الذواكرslots يجب أن تكون مملوئة وفي حال عدم وجود شرائح كافية يتم وضع شرائح من نوع C-RIMM لملأ الفراغ. • تدعم هذه الذواكر تقنية Dual channel حيث يتم تركيب شريحتي RIMM للحصول على أداء مضاعف. م.نضال قاسم

27. Single-sided & Double-sided • لايمكن التمييز فيزيائيا بالنظر لشريحة الذاكرة بأنها وحيدة الوجه single-sided أو ثنائية الوجه Double-side. • وحيدة الوجه Single-sided: تملك شرائح ذاكرة متوضعة على أحد سطحيها فقط. • ثنائية الوجه Double-sided: تملك شرائح ذاكرة متوضعة على كلا سطحيها. • معظم الذواكر هي وحيدة الوجه . • مشكلة ثنائية الوجه أن بعض اللوحات الأم لاتستطيع التعامل معها نهائيا. م.نضال قاسم

28. Single-Channel vs Dual-Channel • Single-Channel :حيث يكون عرض مسار البيانات المتصل بمنافذ الذاكرة 64 bits ومشترك لجميع الشرائح حيث لايمكن لمتحكم الذاكرة النفاذ سوى لشريحة واحدة بالمرة الواحدة. • Dual-Channel: يتم مضاعفة عرض مسار البيانات الخاص بالذواكر ليصبح 128 bits حيث يمكن لمتحكم الذاكرة النفاذ لشريحتي ذاكرة من نوع DIMM بالمرة الواحدة ويتم تركيب شريحتي DDR أو أربعة شرائح للحصول على سعة مضاعفة. م.نضال قاسم

29. Single-Channel vs Dual-Channel • من حيث الشكل : تختلف شكل قنوات تقنية Dual Channel عن شكل قنوات Single Channel بوجود فاصل أو مسافة قصيرة بين القناتين فضلا عن اختلاف لون كل قناة عن الأخرى, في حين تكون شكل قنوات Single Channel خالية من فاصل او مسافة بين القنوات (متجاورة), وتكون ذات لون واحد فقط. م.نضال قاسم

30. Dual Channel • شروط تفعيل تقنية Dual Channel:لاجل ضمان عمل هذه التقنية بشكل كامل والحصول على اعلي أداء , يجب إن توفى هذه الشروط :• يجب وضع قطعتين من الذاكرة بنفس السعة مثل شريحتين بحجم 256 أو 512 .• يجب إن يكون سرعة القطعتين متساوية مثل استخدام ذاكرتي DDR 400.• يجب إن تكون الشرائح في كلا القطعتين أحادية ( single-sided)أو ثنائية الجوانب (double-sided), بمعنى إن الشرائح أما تقع في جهة واحدة من القطعة أو في كلتا الجهتين من الذاكرة .• للحصول على اعلي أداء حقيقي , يجب إن تكون القطعتين متشابهة تماما في المميزات ومن نفس الشركة أيضا لضمان عدم التعارض. • يجب وضع الشريحتين بمنافذ من اللون نفسه وفي حال وضع الشريحتين من لونين مختلفين فسيعملون بتقنية Single Channel م.نضال قاسم

31. Single-Channel vs Dual-Channel م.نضال قاسم

32. Dual-Channel م.نضال قاسم

33. سلامة المعطيات الموجودة في الذاكرة (Data Integrity) • هناك طريقتين للتأكد من سلامة المعطيات في الذاكرة : • ECC(Error Code Correction) • Parity م.نضال قاسم

34. parity • هي تقنية تستخدم للتأكد من أن المعطيات الموجودة في الذاكرة لم تتعرض للتلف خلال الزمن بين كتابة المعلومات في الذاكرة وقرائة هذه البيانات منها. • تتم إضافة بت واحد إلى كل 8 بت للتأكد من سلامة البيانات. • لا تأمن هذه الطريقة تصحيح للبيانات. • يضاف هذا البت عند كتابة البيانات للذاكرة و يحذف عند قراءة البيانات والتأكد من سلامتها. م.نضال قاسم

35. Even Parity • إذا كان عدد ال 1 زوجي نضع في الخانة التاسعة 0 • إذا كان عدد ال 1 فردي نضع في الخانة التاسعة 1 عند قراءة البيانات يتم عد ال 1 في الخانات الثمانية ومقارنتها مع الخانة التاسعة وفي حال عدم التطابق يكون هناك خطأ في البيانات و يتم إصدار رسالة خطأ من نظام التشغيل. م.نضال قاسم

36. Odd Parity • إذا كان عدد ال 1 زوجي نضع في الخانة التاسعة 1 • إذا كان عدد ال 1 فردي نضع في الخانة التاسعة 0 عند قراءة البيانات يتم عد ال 1 في الخانات الثمانية ومقارنتها مع الخانة التاسعة وفي حال عدم التطابق يكون هناك خطأ في البيانات و يتم إصدار رسالة خطأ من نظام التشغيل. م.نضال قاسم

37. مشاكل ال Parity • مشكلتها أنها لايمكنها إكتشاف الأخطاء بأكثر من بت فقط في بت واحد. • لايمكنها إصلاح الخطأ فقط إكتشافه و إظهار رسالة خطأ في حال التأكد من وجود خطأ في البيانات. م.نضال قاسم

38. الذاوكر بخاصية Parity م.نضال قاسم

39. Parity error م.نضال قاسم

40. ECC(Error Correction Code) • خوارزمية يمكنها إكتشاف الأخطاء في بت واحد أو عدة بتات كما أنه بإمكانها تصحيح الأخطاء في حال وجدت. • تنفذ هذه الخوارزمية في الذاكرة التي تدعم ECC وتتأكد من أن البتات المخزنة في الذاكرة صحيحة في كل مرة يتم النفاذ بها في الذاكرة. • إذا لم تكن البيانات صحيحة يتم الطلب من المعالج لإعادة إرسال البيانات مرة أخرى. • تدعى الذواكر التي تدعم هذه التقنية ب ECC والتي لاتدعمها ب non-ECC. • الذواكر التي تستخدم هذه التقنية أبطأ من الذواكر التي لاتستخدمها ولكنها موثوقة أكثر. م.نضال قاسم

41. Latency ( cl) • تستجيب الذاكرة بمعدلات مختلفة لللإشارات الكهربائية عندما تطلب شريحة متحكم الذاكرة الحصول على سطر معين من الذاكرة فسيحدث تأخير بسيط قبل أن تستجيب الذاكرة لهذا الطلب بعد أن تنتهي الذاكرة من إرسال السطر المطلوب سيحدث تأخير بسيط آخر قبل آن تتمكن شريحة متحكم الذاكرة من إرسال طلب آخر للذاكرة يسمى هذا التأخير Latency أو بالرمز CL يشير الرقم بجانب الرمز إلى عدد دورات الساعة التي تستغرقها الذاكرة قبل أن تستجيب للأوامر وكلما كان صغيرا كلما كانت الذاكرة أسرع بالإستجابة مثلا CL2 تأخذ دورتي ساعة قبل أن تستجيب و CL3 تأخذ ثلاث دورات وهكذا. م.نضال قاسم

42. أنواع تغليف الذاكرة RAM Packaging • SIMM • DIMM • RIMM • SODIMM • MicroDIMM م.نضال قاسم

43. SIMM(Single in-line memory module) • تستخدم بتغليف أنواع الذواكر القديمة . • نقاط الإتصال الموجودة على الوجهين ليست مستقلة عن بعضها بل متصلة مع بعضها ومن هنا جاء اسمها . تأتي بعدة أشكال : • 72-pins تستخدم بيانات بعرض 32 bits يتم تركيب شريحتي ذاكرة لتشكيل ذاكرة بعرض 64 bits • 30-pins تستخدم بيانات بعرض 8bits يتم تركيب ثمان شرائح ذاكرة لتشكيل ذاكرة بعرض 64 bits م.نضال قاسم

44. نوعي ال SIMM • 30-pin SIMM • 72-pin SIMM م.نضال قاسم

45. DIMM(Dual in-line memory module) • الأكثر إستخداما هذه الأيام. • DIMM تشير أن هناك مجموعتين من الpins على جانبي شريحة الذاكرة مستقلة عن بعضها البعض. • عرض البيانات بالذاكرة من نوع DIMM64 bits لذلك يمكن تركيب شريحة واحدة وستعمل بشكل سليم من أجل ملئ ناقل بيانات بعرض 64 bits. • DIMMs تستخدم لتغليف الذواكر من نوع SDRAM : SDR, DDR,DDR2,DDR3 • المصطلح Dual يعني أن نقاط الاتصال تتوضع على جانبي الشريحة وتعمل بشكل مستقل عن بعضها ومن هنا جاءت تسميتها . • ملاحظة : ذواكر DDR, DDR2, DDR3, SDR غير متوافقة فيما بينها أي لايمكن تركيب أي نوع بدل الآخر م.نضال قاسم

46. SDR (DIMM)dual in-line Memory Module • تحوي هذه الذاكرة على 84 pins على كل وجه من أوجه شريحة الذاكرة و يشكلون بمجموعهم 168 pins • وتحتوي على فتحتي تثبيت. م.نضال قاسم

47. RIMM(Rambus In-line Memory Module) • سميت بهذا الأسم نسبة للشركة التي قامت بإنتاج هذه التقنية شركة Rambus • غالية الثمن و أبطئ من تقنية DIMM الحالية. • الشرائح التي تستخدم مسار بيانات بعرض 16 بت تحوي على 184 pins تركب أربع شرائح لكي تعمل كذاكرة بعرض 64 bits • الشرائح التي تستخدم مسار بيانات بعرض 32 بت تحوي على 232 pins تركب شريحتين من الذاكرة لكي تعمل كذاكرة بعرض 64 bits. • حجومها تتراوح بين 64MB حتى 512MB • في هذه التقنية عند تركيب شرائح RIMM يجب أن تكون جميع منافذ الذاكرة Slots مملوءة وفي حال عدم ملئها بشريحة RIMM توضع شريحة C-RIMM( Continuity RIMM) في الأماكن الفارغة لضمان إغلاق الدارة . م.نضال قاسم

48. RIMM 16-bit م.نضال قاسم

49. RIMM 32-bit م.نضال قاسم

50. SODIMM( Small Outline DIMM) • وهي عبارة عن شكل مصغر من DIMM • تستخدم في الحواسب أو الأجهزة الصغيرة الحجم مثل الحاسب المحمول أو الطابعات أو الأجهزة الشبكية مثل الراوتر. • SO-DIMM تملك 72,100,144,200,204 pins • 72,100 pins تدعم ذواكر بعرض 32-bits • 144,200,204 تدعم ذواكر بعرض 64-bits • ويوجد منها عدة أنواع SDR-DDR-DDR2-DDR3 م.نضال قاسم