 |
|
|
|
|||||
|
| اعلانات |
|
|||||
|
|
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||
|
الذاكرة و انواعها
الذاكرة: كانت الذاكرة من أكبر المشاكل منذ بدء عصر الكهرباء حتى تم اختراع المفتاح النقال Toggle Switch والذى يستقر بواسطة "نابض" أو "سوسته" أو "ياي" فى وضعين، ثم اخترع الريلاى و تم تطويره ليمثل المفتاح السابق وكان به ملفين أحدهما للنقل لوضع منهما والآخر للعودة للوضع الأصلى، ثم تم تصنيع آخر بملف واحد و عكس اتجاه التيار يعكس وضع الريلاى وكان ذو فائدة كبيرة عند انقطاع التيار إذ يحتفظ "يتذكر" الوضع قبل انقطاع التيار. لا ينكر دور هذا الريلاى فى عمل السنترالات (المقسمات) فى عالم التليفونات (الهواتف) الأرضية. عند اختراع الصمام الإلكترونى و اختراع دائرة المذبذب المتعدد، ظهرت الضرورة للسير فى اتجاهين متوازيين، الذاكرة الغير متطايرة والتى سبق شرحها وسميت هكذا لأن البيانات تبقى عند انقطاع التيار الكهربى، والمتطايرة باستخدام المذبذب المتعدد ثنائى الاستقرار والتى تفقد البيانات فور انقطاع التيار الكهربى،و ذلك للفرق الشاسع بين السرعة و الحجم وتقريبا كل شيء. لكن التطور العلمى لن يتوقف، واستخدمت خرزات من الفرايت لتشكيل أول خلايا الذاكرة الغير متطايرة و التى زادت سرعتها بشكل كبير عن تلك الميكانيكية باستخدام الريلاى، ولكن سرعة الدوائر أيضا تزايدت وهكذا سيظل هذا التقسيم إلى ما شاء الله. أنواع الذاكرة المتطايرة: الذاكرة الساكنة: لدينا ما أسميناه المساكات Latches، ماذا لو جمعنا كمية منها معا؟ كل ما نحتاجه هو وسيلة تحديد أى خانة نريد التعامل معها، وهذا أيضا تعاملنا معه وهو Decoders أو محلل الشفرة. إذن سيكون لدينا العدد المطلوب من المذبذب الثنائى الاستقرار المعدل بصورة D-Type أو المساكة ودائرة تحليل العنوان. التركيب السابق يكون مجموعة من الخانات التى تعمل كذاكرة جيدة، و عند التنفيذ العملى بتقنية TTL سنحتاج كمية كبيرة من البوابات التى تكون المذبذبات و كمية أخرى تكون محللات العنوان الخ مما يجعل التكلفة المادية كبيرة، لذا نستطيع استخدامها حيث تكون السرعة أهم من الكلفة. مع تقدم العلوم و ظهور تقنية الترانزستورات من نوع FETوتطورها و ظهور MOSFET، ظهرت تقنيات مرحلية عديدة منها النوع السالب المسماة NMOS والنوع الموجب و المسماة PMOS و هى تحتاج لعدد أقل كثيرا من الترانزستورات لعمل نفس البوابة مما أتاح تصنيع ذاكرة ذات سعة أكبر بنفس مساحة السليكون وبالتالى كلفة أقل.  هذه الدائرة ببساطة هى المذبذب الثنائى الاستقرار السابق " داخل المستطيل الأصفر" و المكون من 2 ترانزيستور Q1,Q2 من النوع السالب القناة N-MOS إلا انه كما سبق أن شرحنا أن المقاومات تستهلك كثيرا من مساحة السيليكون ، لذ تستبدل بترانزيستورات و هما Q3,Q4 و لزيادة السرعة يستغل خاصية أنهما يوصلان ويفصلان كأى ترانزيستور عادى لذا توصل الإشارة لبوابتيهما أيضا كما بالرسم. لتحديد الصف، يستخدم الخط العلوى باللون الأحمر و عند وضع 1 عليه يتيح كلا من الترانزيستور Q5,Q6 لهذه الخلية و باقى الخلايا فى نفس الصف. لتحديد العمود يوضع جهدين متعاكسين 1 على الخط الأحمر الرأسى الأيمن و عكسه صفر على الخط الأيسر الرأسى لحفظ البيان 1 فيه أو العكس بالعكس لحفظ البيان صفر. سميت هذه الذاكرة بالساكنة عندما اخترعت الذاكرة الديناميكية والتى تحتاج لأقل عدد من الترانزستورات. وهذه الذاكرة تعتبر أسرع ذاكرة ولكنها تحتاج طاقة و ثمنها أغلى و أسهل فى الاستخدام ولذا توضع حيث تتطلب الأمور أسرع استجابة. |
|
|||||
|
الذاكرة الديناميكية: جاءت فكرة هذه الذاكرة عندما تمكن العلماء من تصنيع المكثفات بتقنية الدوائر المتكاملة، عندها أمكن تصنيع الخلية بدلا من مذبذب مكون من عدد من المكونات، صنعت الخلية من ترانزيستور واحد و مكثف كما بالصورة لذاكرة 4×4 لتسهيل التوضيح  كل صف مكون من 4 خلايا وهو يعبر عن عرض الكلمة أو البيان مثلا 4 أو 8 أو 16 حرف الخ حتى 64 حرف حاليا . عدد الأعمدة والتى تعبر عن سعة الذاكرة 64 كلمة أو 128 أو أكثر حتى وصلنا إلى جيجا الآن. المكثف هو العنصر الفاعل والذى يحتفظ بالبيان و الترانزيستور هو المفتاح الذى يحدد لنا أى مكثف نتعامل معه الآن. لكى تضع قيمة ما فى الصف الأخضر، يجب وضع العنوان Address والذى يحدد الصف المطلوب كتابته. لاحظ وجود أسفل الصورة وحدة ثلاثى الحالة Tri-State لكى تحدد ما إن كان اختيارنا لهذه الذاكرة أو وحدة أخرى، ثم ثلاث وحدات سنتحدث عنهم لاحقا وأخيرا طاقم من المفاتيح التى تحدد إما أن تكون الخطوط الزرقاء متصلة مباشرة بالخارج أم ستعبر تلك الوحدات. الآن لو تريد الكتابة فى هذا الصف، تكون المفاتيح على الوضع الأيمن مما يجعل البيانات تأتى من الخارج مباشرة إلى الخط الأزرق والذى ينتهى كل خط بطرف ترانزستور MOSFET والذى نعلم أنه يكون كالقصر عندما يكون متاحا. الصف الأخضر فقط سيكون متاحا بسبب وضع العنوان وبالتالى إن كان الدخل على خط ما صفرا سيفرغ شحنة المكثف المناظر و إن كان واحد سيشحن ذلك المكثف و هكذا بالنسبة للباقى. للقراءة من ذات الصف، فإن وضع العنوان سيتيحه، و من ثم وضع أمر القراءة بدلا من أمر الكتابة سيقلب هذه المفاتيح للوضع المبين بالرسم والذى يجعل هذه الترانزستورات متصلة بمكبرات التحسس Sense Amplifier والتى تضع القيمة بدورها لطاقم من المساكات Latch لتثبيتها و منها عبر ثلاثى الحالة Tri-State لخارج المتكاملة. سبق أن ذكرنا أن الجزء الفاعل هو المكثف، هل هناك مكثف مثالى؟ قطعا لا ومن ثم هذه الشحنة ستتسرب فى خلال زمن ما يعتمد على قيمة المكثف. أعلم أنك ستعترض قائلا أن العازل الأفضل سيقلل التسريب ولكن هل لديك أفضل من أكسيد السليكون المستخدم؟ على أى حال إما نجعل المكثف كبيرا فتقل سعة الذاكرة (عدد الخلايا لكل مم2) أو نجعلها صغيرة فيقل الزمن، من هذا اختار العلماء زمن 0.1 ثانية . ولكن ما فائدة 0.1 ثانية؟ حسنا لحسن الحظ أن القراءة يمكن كتابتها مرة أخرى دون عائق مما يجدد القيم بها ومن هنا جاء الاسم "ديناميكية" أى يجب أن تداوم الكتابة فيها أى تجعلها فى حركة دائمة حتى لا تفقد ما بها من معلومات بالمقارنة بالسابقة المسماة الساكنة حيث تكتب مرة واحدة و تظل البيانات باقية مادامت التغذية الكهربية موجودة أو تغيرها عمدا. كيف نقرأ ونحن نريد الكتابة؟ حسنا هذه مشكلة لن تحتاج أن تعول لها هما، فهذه الذاكرة تستخدم مع الميكرو بروسيسور وهو مجهز ذاتيا بدورة قراءة "عمياء" Dummy Read حوالى 15 مرة بالثانية و على المقابل تكون الذاكرة مجهزة بخط تحكم لها الغرض يفعله الميكرو بروسيسور أثناء هذه الدورة والتى يكون عادة فيها مشغول بتحليل البيانات التى قرأها، و تسمى هذه الدورة باسم دورة التجديد أو الإنعاش Refresh Cycle"". تستجيب الذاكرة لهذا الخط أو المر بأنها تتيح ما يوازى 1/10 من سعتها لهذه العملية التى تهدف فقط لتجديد البيانات ولا يذهب خرجها لأى مكان وهذا دور الجزء الأخير الذى لم نتكلم عنه حتى الآن. هذه الذاكرة هى الذاكرة الرئيسية فى الحاسب الآلى. الشرح السبق مبسط ليسهل فهمه و هناك شروحا أخرى أكثر تعقيدا و لكن يكفينا كيف نستخدمها و ما يلزم لذلك. |
|
|||||
|
أنواع الذاكرة غير المتطايرة
أنواع الذاكرة غير المتطايرة: الذاكرة الغير متطايرة هى تلك التى لا تفقد ما بها حتى عند انقطاع التيار، وهذا النوع هام جدا للحفاظ على البيانات الثابتة التى لا تتغير لفترات طويلة و بيانات ضبط الأجهزة و البرامج الواجب تشغيلها ولا حاجة لتحديثها كل فترة. حسنا، و ماذا لو لم أعلم مسبقا بهذه البيانات و يجب تحديدها فى الموقع؟ . إذن فالذاكرة الغير متطايرة تنقسم لنوعين رئيسيين نوع ثابت و لذلك تسمى ذاكرة قراءة فقط و اختصارا ROM أى Read Only Memory و أخرى قابلة للبرمجة. الذاكرة ROM: يتكون هذا النوع من محلل للعنوان كما توقعت يعطى مجموعة من الخطوط تمثل الأماكن المطلوب التعامل معها وهى باللون الأزرق فى الرسم. و أيضا مجموعة من الخطوط الرأسية التى تكون المخارج والتى تمر عبر معزز و مجموعة تحكم ثلاثى الحالة Tri State أو المجمع المفتوح Open Collector/ Open Drain حسب كونها TTL أو CMOS . من المتوقع أن يكون الخرج على أى خط مساويا للصفر لعدم اتصال المدخل بمصدر تغذية لذا حيث تريد أن يخرج "واحد" يضع المصنع أثناء التصنيع ثنائى كما باللون الأخضر.  هل هذا يعنى أن هذه المتكاملات ليس لها صفحة بيانات؟ على العكس لها صفحة بيانات Data Sheet ولكن يشرح كل شيء ما عدا المحتوى فيحدد لك التقنية المستخدمة و السعة كذا كلمة × كذا خط و جهد التغذية و تيار الخرج الخ، لكن لا تجدها بالسوق و عليك أن تطلبها من الشركة المنتجة و ترسل لها جدول بالمحتوى و يمكنك أيضا أن تطلب الاسم الذى تريد كتابته عليها لأن المحتوى يخضع لقوانين حقوق الملكية ولا يبيع منها لأحد سواك، و طبعا لكى يقوم بصناعتها لآبد أن يصنع قناع Mask خاص بترتيب الثنائيات داخلها وهذا مكلف جدا لذا لا تكون أسعارها عملية سوى للكميات الكبيرة بدء من 100 ألف قطعة. و ماذا لو لم أحتاج لهذا القدر من الوحدات؟ و ماذا لو حدث خطأ كما هو الحال فى مرحلة التصميم والبناء؟!! هل تذهب الكمية كلها سدى؟!! |
|
|||||
|
الذاكرة القابلة للبرمجة PROM:
الذاكرة القابلة للبرمجة PROM: يتكون هذا النوع كسابقه من محلل للعنوان كما توقعت ليعطى مجموعة من الخطوط تمثل الأماكن المطلوب التعامل معها وهى باللون الأزرق فى الرسم. و أيضا مجموعة من الخطوط الرأسية التى تكون المخارج والتى تمر عبر معزز و مجموعة تحكم ثلاثى الحالة Tri State أو المجمع المفتوح Open Collector/ Open Drain حسب كونها TTL أو CMOS . على العكس من السابقة، يتوقع أن يكون الخرج على أى خط يساوى "واحد" HI وذلك لاتصال المدخل بالمخرج بواسطة فيوز أى منصهر كما باللون الأخضر.  لكى تبرمج هذه الوحدة، ستحرق بعض من هذه الفيوزات أو المنصهرات و من هنا التصق أسم "الحرق" أو "Burn" بعملية البرمجة حتى بعد تغير المفهوم. لتفعل هذا، تجد خط آخر مكتوب علية كلمة "برمجة" Program و من البيانات Data Sheet تجد كيفية تنفيذ هذه الخطوة، فمثلا بعض المتكاملات تحتاج جهد مخصص للبرمجة ولفترة زمنية قصيرة وله مدخل مخصص والبعض تحتاج فقط لزيادة جهد التغذية من القيمة العادية +5فولت إلى قيمة البرمجة والبعض يكفى تفعيل البرمجة مع خط اختيار المتكاملة. النقطة حيث تمت برمجتها "حرقها" تعطى مستوى "صفر" LO . لهذا نجد أنها تحتوى مجموعة من المعززات المختصة بالبرمجة. و لبرمجتها تضع أولا العنوان ثم البيانات المطلوبة و أخيرا تفعيل البرمجة التى تقوم بحرق الفيوز أو المنصهر حيثما تريد أن تكون القيمة "صفر". لاحظ أن الفيوز أو المنصهر لا يمكن إصلاحه و إذا برمج خطأ لا يمكن معالجة الأمر. دوما تستطيع حرق مزيد من الفيوزات / ألمنصهرات لكن لا تستطيع إصلاح أحدها. عديد من التقنيات ابتكرت بعد هذا لكنها تدور حول نفس المفهوم وهو إتلاف مكون ما فى موقع البرمجة، بعض هذه التقنيات سميت Antifuse وهو عكس المنصهر لأن المكون بعد البرمجة يتحول إلى "قصر" بين أطرافه ومن هنا أتت التسمية. جدير بالملاحظة أن الدوائر تعدل أيضا بحيث أصبحت فى غالبة الأحوال تأتى الذاكرة وكل المخارج تعطى مستوى "واحد" HI و عند البرمجة تتحول إلى مستوى "صفر" LO . هذا أمر طيب، قد حل مشكلة و ترك أخرى. حل مشكلة البرمجة فى الموقع و الكمية الكبيرة لكن ترك مشكلة أكبر وهى احتمال الخطأ. |
