شرح الأنواع المختلفة لذاكرة الكمبيوتر والتخزين

تم إطلاق أول هاتف iPhone في عام 2007 وكان بسعة تخزينية تتراوح بين 4 جيجابايت و 8 جيجابايت - حيث يتم الاحتفاظ بجميع الملفات مثل الصور والموسيقى. في الوقت الحاضر ، يمكنك التقاط هاتف ذكي يعمل بنظام Android بسعة تخزين 512 جيجابايت ، أي 64 مرة أكثر من هاتف iPhone الأصلي.

في التكنولوجيا ، 16 سنة هي قرون. لكن هذه ليست القصة الكاملة. على سبيل المثال ، تخدم الذاكرة والتخزين وظائف متشابهة - حماية البتات والبايتات - لكنهما يعملان بشكل مختلف.

ما الفرق بين الذاكرة والتخزين وذاكرة التخزين المؤقت؟

يستخدم الناس "الذاكرة" و "التخزين" كمرادفات. هذا منطقي لكنه خاطئ ، مع ذلك. التشابه واضح. كلاهما يحتفظ بالبيانات ويتم قياسهما بالبايت ، لكن يختلف الاستخدام.

يركز التخزين على المدى الطويل... تخزين. يتم الاحتفاظ بالملفات هناك ، دون إزعاج ، لحين الحاجة إليها. في حين أن الذاكرة (ذاكرة الوصول العشوائي - ذاكرة الوصول العشوائي) تدور حول البيانات التي تحتاج أجهزة الكمبيوتر للوصول إليها بسرعة. على سبيل المثال ، يتم الاحتفاظ بالملفات المستخدمة والبيانات المتعلقة بالتطبيقات المفتوحة وملفات نظام التشغيل المهمة في ذاكرة النظام. ذلك لأن الذاكرة أسرع من التخزين. لسوء الحظ ، إنها أيضًا أكثر تكلفة ، لذا فإن سعات ذاكرة الوصول العشوائي أصغر من التخزين.

لكننا نتقدم على أنفسنا. دعونا نشرح كل واحد بالتفصيل.

ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية

ذاكرة الوصول العشوائي تعني ذاكرة الوصول العشوائي. كما هو موضح أعلاه ، هذا هو المكان الذي يتم فيه تخزين البيانات بحيث يسهل الوصول إليها.

ومع ذلك ، تم إنشاء ذاكرة التخزين المؤقت في الثمانينيات لأن الذاكرة لم تكن بالسرعة الكافية في ذلك الوقت. تعمل ذاكرة التخزين المؤقت بشكل مشابه لذاكرة الوصول العشوائي ولكن بشكل أسرع. إنه يقع في الجزء العلوي من مخططات السرعة ويتم دمجه مباشرة في وحدة المعالجة المركزية (CPU) التي تم إنشاء جهاز الكمبيوتر الخاص بك حولها.

ذاكرة التخزين المؤقت سريعة للغاية ولكنها تكلف أكثر من ذاكرة الوصول العشوائي. تظهر قدراتها الصغيرة ذلك. على سبيل المثال ، تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر في الوقت الحاضر على حوالي 8-32 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي. في المقابل، أسرع ذاكرة تخزين مؤقت ، L1 ، تحتوي عادةً على كيلوبايت من التخزين ، في حين أن ذاكرة التخزين المؤقت L3 (الأكبر) تصل إلى حوالي عشرات الميجابايت (على الرغم من أن بعض وحدات المعالجة المركزية تحتوي الآن على مخابئ L3 بحجم مئات الميجابايت).

ذاكرة الوصول العشوائي (رام)

يتم نسخ الملف المخزن ، عند فتحه ، إلى ذاكرة الوصول العشوائي. التطبيقات قيد التشغيل حاليًا وبعض أجزاء نظام التشغيل موجودة أيضًا هناك. تم إنشاء ذاكرة الوصول العشوائي في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي ، مما يسمح بتخزين البيانات واسترجاعها بأي ترتيب - ومن هنا جاء الاسم "العشوائي". ذاكرة الوصول العشوائي "تخزين متقلبة". يتم مسح محتوياته عند إيقاف تشغيل الجهاز ، ويتوقف التيار عن التدفق.

هناك العديد من أنواع ذاكرة الوصول العشوائي أيضًا.

SDRAM

تستخدم أجهزة الكمبيوتر منذ التسعينيات ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المتزامنة (SDRAM). هذا ما يعنيه شخص ما عندما يقول ، "يحتوي هذا الكمبيوتر على ذاكرة وصول عشوائي (RAM) بسعة 16 جيجابايت".

كثير تستخدم الأجهزة الآن ذاكرة DDR5 RAM (ذاكرة الجيل الخامس ذات معدل البيانات المضاعفة - أحدث إصدار وقت كتابة هذا التقرير) SDRAM. ومع ذلك ، فهي لا تزال باهظة الثمن ، لذلك تظل DDR4 هي السائدة. ستجد أيضًا وحدات DDR3 أقدم في أجهزة الكمبيوتر والهواتف القديمة.

تتوفر وحدات الذاكرة بحجمين: DIMM لأجهزة الكمبيوتر المكتبية و SODIMM لأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة. في الآونة الأخيرة ، تم اقتراح عامل شكل جديد ، CAMM ، لأجهزة الكمبيوتر المحمولة. يتمتع CAMM بمزايا أكثر من SODIMM لكنها ليست معيارًا واسع الانتشار حتى الآن.

الآن ، يوجد عادةً نوعان من SDRAM: وحدات أو ملحومة. تختلف عوامل الشكل ، لكنها تعمل بالطريقة نفسها.

تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي الملحومة في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وبعض أجهزة الكمبيوتر المحمولة. تستخدم أجهزة كمبيوتر Apple الحديثة أيضًا ملفات ذاكرة الوصول العشوائي ملحومة لأنها قد تحسن الأداء. قد تحتوي أجهزة الكمبيوتر المحمولة المزودة بذاكرة RAM ملحومة على فتحة ذاكرة واحدة أو أكثر للتوسع في المستقبل ، ولكن هذا ليس هو الحال غالبًا. لا يمكن ترقية أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي الملحومة فقط. يمكن عادةً تخصيصها أثناء الشراء ، لكن لا يمكنك توسيعها لاحقًا.

ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM)

تتطلب البيانات أحيانًا سرعات أعلى من SDRAM ، ولكن هناك ما هو أكثر من سعة ذاكرة التخزين المؤقت. المثال الأكثر شيوعًا هو المهام التي تتطلب رسومات مكثفة - الألعاب الثقيلة أو تحرير الفيديو أو النمذجة ثلاثية الأبعاد.

هذه تحتاج إلى ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM). GDDR6X ، النوع الأسرع حاليًا ، يتجاوز سرعات DDR5 20 ضعفًا. إنه ملحوم أيضًا في وحدة معالجة الرسومات ، مما يضمن زمن وصول أقل. لسوء الحظ ، لا يمكنك شراء المزيد من VRAM لأنها ملحومة بطاقات رسومات منفصلة، لا تباع كوحدات نمطية.

تعد وحدات معالجة الرسومات المدمجة (iGPU) شائعة أيضًا. تم دمجها في وحدة المعالجة المركزية ولديها قدر ضئيل من VRAM المخصص (ميجابايت مقابل جيجابايت لوحدة معالجة الرسومات المخصصة). تستخدم وحدات معالجة الرسومات المدمجة ذاكرة موحدة ، وهي SDRAM مشتركة بين وحدة المعالجة المركزية و iGPU. تحدد وحدة المعالجة المركزية مقدار ذاكرة الوصول العشوائي المتاحة للرسومات ، مع استعادة بعضها عند الحاجة. عيوب الذاكرة الموحدة هي انخفاض عرض النطاق الترددي والسعة.

ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة (NVRAM)

قلنا أن ذاكرة الوصول العشوائي متقلبة ، أليس كذلك؟ ولكن هناك تسمية خاطئة: ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة (NVRAM). تم إنشاؤه في الستينيات ، وله عيوب مقارنة بذاكرة الوصول العشوائي المتقلبة ، لذا فإن الأخير أكثر شيوعًا.

كانت NVRAM الأخيرة "الناجحة" Optane من Intel و Micron. يبدو وكأنه محرك أقراص PCIe SSD أسرع - ويعمل أحيانًا على هذا النحو - يعمل Optane كذاكرة وصول عشوائي مع وحدات معالجة مركزية محددة من Intel. لم تكن بنفس سرعة SDRAM ، مع التسعير والسعة أيضًا. توقف المصنعون عن إنتاج Optane في عام 2021.

هناك نوعان - ربما نوع ونصف - نوعان محددان للغاية من NVRAM مستخدمة على نطاق واسع. يتم استخدام أول واحد مع UEFI في اللوحات الأم الحديثة (يحل UEFI محل BIOS الأقدم). يتم الاحتفاظ بإعدادات UEFI في NVRAM نظرًا لأنه يتم تحميلها قبل توفر أي مساحة تخزين. يتم تخزين UEFI نفسه في شريحة ROM - المزيد عن ذلك قريبًا.

النوع "النصف" هو ذاكرة الوصول العشوائي المتطايرة التي تستخدم البطاريات لتظل تعمل بالطاقة مع إيقاف تشغيل الجهاز. يستخدم هذا للاحتفاظ بكميات صغيرة من البيانات اللازمة لمهام أبسط. اللوحات الأم التي لا تزال تستخدم BIOS الأقدم تستخدم هذا. تقوم وحدات تحكم الألعاب القديمة التي تستخدم الخراطيش و / أو بطاقات الذاكرة بتخزين الملفات باستخدام ذاكرة الوصول العشوائي المتغيرة والبطارية.

ذاكرة القراءة فقط (ROM)

يتم تخزين خراطيش الألعاب هذه على شرائح ROM ، مثل UEFI و BIOS. أي قرص ضوئي غير قابل لإعادة الكتابة ، مثل Blu-ray ، هو أيضًا نوع من ذاكرة القراءة فقط.

ولكن ، هنا وهناك ، تصدر الشركات المصنعة تحديثات UEFI. فكيف تكون "للقراءة فقط" إذا أمكن كتابتها؟

هذه هي ذاكرة القراءة فقط (EEPROM) القابلة للمسح كهربائيًا. تتم التحديثات على EEPROM من خلال عمليات بطيئة ودقيقة للغاية. هذا لأن تحديث UEFI أو BIOS قد يؤدي إلى إتلاف اللوحة الأم.

يجب كتابة ROM المعتاد أيضًا. مرة أخرى ، تعتمد التفاصيل على الوسائط. على سبيل المثال ، يمكن كتابة ROM الضوئية مرة واحدة ، بينما تحتاج شرائح ROM إلى آلات صناعية ، ثم تصبح للقراءة فقط. ROM القابلة للبرمجة (PROM) قابلة للكتابة بواسطة أجهزة أقل تكلفة ، وهي شائعة بين الهواة.

تخزين الكمبيوتر: من Cardboard إلى Cloud

كما أوضحنا من قبل ، فإن التخزين يحافظ على البيانات على المدى الطويل. استخدمت أجهزة الكمبيوتر الأولى الورق المقوى المثقوب لهذا الغرض. كانت تحتوي على برامج كمبيوتر وكان لا بد من ثقبها بعناية برمز ثنائي يمكن للجهاز قراءته - وبالتأكيد ليس سهل الاستخدام.

التخزين المغناطيسي

حدث أول تطور هائل في تخزين الكمبيوتر في الخمسينيات من القرن الماضي عندما تم استخدام الأشرطة المغناطيسية للاحتفاظ بكميات أكبر من البيانات.

كان التخزين المغناطيسي فكرة رائعة ، لذلك بنيت الأقراص الصلبة على ذلك. كانت محركات الأقراص الثابتة (HDDs) هي النوع الرئيسي لتخزين أجهزة الكمبيوتر من الستينيات حتى يومنا هذا. ولكن حتى أفضل الأقراص الصلبة بحاجة إلى أجزاء متحركة تجعل الأجهزة عرضة للتلف والتأثير بسرعة.

ذاكرة فلاش ، مثل محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)، يحل كلا المسألتين. مصنوع من رقائق السيليكون ، مثل ذاكرة الوصول العشوائي ، وهذا النوع من التخزين يقرأ ويكتب البيانات كهربائيًا.

التخزين الخارجي: البيانات أثناء التنقل

كل هذه الوسائط تسمى التخزين الداخلي: يتم الاحتفاظ بالأشياء داخل الكمبيوتر ويتم استخدامها هناك فقط. لكن كل شخص يحتاج إلى أخذ البيانات في مكان ما بين الحين والآخر.

التخزين الخارجي في الواقع قديم قدم أجهزة الكمبيوتر نفسها. تم إدخال البطاقات المثقبة في فتحة ، بحيث يمكن إزالتها تقنيًا. يمكن للأشرطة تخزين بيانات دائمة ، لكن محركات الأقراص الصلبة جاءت بعد فترة وجيزة وكانت أفضل بكثير. كان الشريط أرخص في صنعه وأصبح أصغر حجمًا شائعًا كوسائط خارجية.

أولاً ، تم استبداله بأقراص مرنة. كان يجب أن تكون محركات الأقراص الضوئية هي الخطوة التالية ، لكن الإصدارات القابلة لإعادة الكتابة كانت باهظة الثمن.

لذلك ، انتقل العملاء بسرعة إلى وحدة تخزين فلاش. محركات أقراص الإبهام ومحركات الأقراص الثابتة الخارجية أو محركات أقراص الحالة الصلبة - مثل نظيراتها الداخلية ، ولكن مع USB.

يحل التخزين السحابي محل الفلاش كوسائط خارجية. ومع ذلك ، نظرًا لأنه يحتاج إلى اتصال دائم بالإنترنت ، فلن يحل محل وحدة التخزين الخارجية المحمولة بالكامل.

تخزين النسخ الاحتياطي

أخيرًا ، هناك مساحة تخزين احتياطية. إنه يعمل مثل أي نوع تخزين آخر — الوسائط هي نفسها. الفرق هو المقصود: النسخ الاحتياطي آمن من الفشل.

النسخ الاحتياطي الداخلي - عندما تكون وحدة التخزين الداخلية عبارة عن قرصين أو أكثر يتم نسخها في الوقت الفعلي - لا يستخدمها معظم الأشخاص على نطاق واسع ولكنه ضروري للشركات. تعد النسخ الاحتياطية الخارجية ، مثل محركات أقراص USB الثابتة أو محركات أقراص الحالة الصلبة ، والتخزين المتصل بالشبكة (NAS) ، وحتى الحلول السحابية ، أكثر شيوعًا.

غالبًا ما تلجأ الشركات التي تحتاج إلى كميات هائلة من النسخ الاحتياطي الاحتياطي إلى "النسخ الاحتياطي البارد". يحدث هذا في كثير من الأحيان ، ويتم فصل وحدة التخزين عن أجهزة الكمبيوتر عندما لا تكون قيد الاستخدام. من الغريب أن الشريط المغناطيسي المستخدم في "التعافي من الكوارث" لا يزال شائعًا اليوم.

تلعب كل من ذاكرة التخزين المؤقت والتخزين والذاكرة أدوارًا مختلفة

تلعب كل من ذاكرة التخزين المؤقت والذاكرة والتخزين أدوارًا مختلفة ولكنها حيوية في الحفاظ على تشغيل الكمبيوتر. في المستقبل ، من المحتمل أن نرى زيادة سعة كل أنواع الذاكرة هذه ، والبحث في هذا مجال تنافسي.