זיכרון גישה אקראית

עיינו גם בפורטל

P Computer-science.png

פורטל מדעי המחשב הוא שער לכל הנושאים הקשורים במדעי המחשב. ניתן למצוא בו קישורים אל תחומי המשנה של הענף, מושגי יסוד בתחום, מדענים חשובים ועוד.


זיכרון גישה אקראית (RAM, ראשי תיבות של Random Access Memory) הוא שם כללי למספר רב של סוגי זיכרון מחשב, המתאפיינים כולם ביכולת המעבד לגשת ישירות לכל תא בזיכרון לפי כתובתו, לכתוב בו ולקרוא ממנו. ההתייחסות הנפוצה לזיכרון מחשב היא למעשה התייחסות לזיכרון הגישה האקראית הראשי שלו.

סוג הזיכרון הנמצא בשימוש נפוץ ביותר בימינו הוא DRAM. זיכרון מסוג זה הוא זיכרון נדיף (volatile), כלומר מאבד את תוכנו עם ניתוק הזיכרון ממקור האנרגיה שלו. בנוסף, DRAM דורש רענון (refresh) מספר פעמים בשנייה כדי לשמור את תוכנו.

היסטוריה והגדרות בסיסיות

זיכרון "קו השהיה כספיתי" של ה-ENIAC
זיכרון טבעות מגנטי של מחשב CDC 6600, ‏ 64x64 סיביות. ממדי הרכיב - 10.8 x 10.8 ס"מ. זיכרון מסוג זה הוא ה-RAM הראשון שזכה לתפוצה נרחבת

ארכיטקטורת פון נוימן היא מודל שהציע בשנות הארבעים המתמטיקאי ג'ון פון נוימן למבנהו של המחשב. במודל זה, זיכרון המחשב משמש הן לאחסון התוכנית והן לאחסון הנתונים שתוכנית זו קוראת או כותבת בעת ביצועה על ידי המעבד. מרבית המחשבים בנויים על־פי מודל זה. במימוש המקובל של ארכיטקטורה זו, זיכרון המחשב הוא זיכרון גישה אקראית.

בראשית ימי המחשוב, רבים מסוגי הזיכרון הזמינים לא היו מסוג "זיכרון גישה אקראית". אחד מסוגי הזיכרון הנפוצים היה "קו השהיה כספיתי" ("Mercury Delay Line"). סוג זה היווה את הזיכרון העיקרי של המחשב המסחרי הראשון - הENIAC. בהתקני זיכרון אלו, הגישה לזיכרון היא סדרתית, כלומר בכל רגע נתון כתובת מסוימת בזיכרון זמינה לקריאה או כתיבה, וכדי לקרוא או לכתוב מכתובת כלשהי, על המחשב להמתין שתורה של אותה כתובת יגיע.

החל מאמצע שנות ה-50 של המאה ה-20, בעקבות מספר המצאות, בעיקר בחברת IBM, התפשט השימוש בסוג חדש של זיכרון: זיכרון טבעות מגנטי (או "זיכרון ליבה מגנטית" - באנגלית "Magnetic-core memory"). לזיכרון זה היו שני יתרונות: המעבד יכול לגשת לכל כתובת בזיכרון בזמן גישה קבוע, ללא תלות בכתובת, בלי לחכות ש"תורה" של הכתובת יגיע, וכן העובדה שזיכרון זה אינו צורך הספק כדי לשמור על תוכנו, אלא רק לצורך פעולות הכתיבה והקריאה. משמעות העובדה האחרונה היא שתוכן הזיכרון נשמר גם אם מופסקת אספקת החשמל למחשב. להתקני זיכרון בעלי התכונה הראשונה קוראים "זיכרון גישה אקראית"[1] ("RAM"), ולהתקני זיכרון עם התכונה השנייה קוראים "זיכרון בלתי נדיף" (Non Volatile memory").

ניתן לממש התקני זיכרון גם באמצעות שערים לוגיים, שהם רכיבי החומרה העיקריים מהם בנויים מחשבים. בראשית ימי המחשוב השתמשו במנורות רדיו למימוש שערים לוגיים, ועקב כך שימוש בשערים לוגיים למימוש זיכרון היה מוגבל מאד, משיקולים של נפח, הספק ומחיר.

לאחר המצאת הטרנזיסטור ב-1948, ובייחוד עם התפשטות השימוש במעגלים משולבים, התקני זיכרון הבנויים על מוליכים למחצה ("Semiconductors") דחקו את רגלי כל התקני הזיכרון האחרים, ולמעשה החל מאמצע שנות ה-70 של המאה ה-20 כל התקני הזיכרון המיוצרים מבוססים על טכנולוגיה זו, כאשר רובם ככולם נחשבים ל"זיכרון גישה אקראית".

ההתייחסות הנפוצה לזיכרון מחשב היא למעשה התייחסות לזיכרון הגישה האקראית שלו. בתקופה זו, המימוש הנפוץ של זיכרון גישה אקראית הוא בכרטיסי זיכרון גישה אקראית המורכבים על לוח האם של המחשב. בכל מחשב יש לפחות כרטיס אחד כזה (כרטיסים אחדים מאפשרים זיכרון גדול יותר). גודל הזיכרון ומהירות הגישה אליו הם מאפיינים בסיסיים של כל מחשב. להאצת הגישה לזיכרון משמש זיכרון המטמון של המעבד (שיש לו מאפיינים חלקיים של זיכרון גישה אקראית).

חלק מכרטיסי ההרחבה המשוכללים, כגון כרטיס גרפי משוכלל כוללים גם רכיבי זיכרון, המשרתים את כרטיס ההרחבה. במקרים רבים, כרטיס כזה הוא למעשה מחשב ייעודי, עם מעבד משלו וזיכרון גישה אקראית משלו.