TaNg_MiGi^^Kiki^^: RAM

แรม (RAM)

หน่วยความจำ (Memory) เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบคอมพิวเตอร์ ซึ่งต้องคอยทำงานร่วมกับซีพียูอยู่อย่างใกล้ชิดตลอดเวลา ทำหน้าที่จัดเก็บหรือบันทึกข้อมูล / คำสั่งต่างๆ ที่ใช้ประมวลผล ทดเลขในการคำนวณ เป็นที่พักข้อมูลชั่วคราวเพื่อรอส่งให้กับซีพียูนำไปประมวลผล และอื่นๆ โดยเราสามารถจำแนกออกตามลักษณะการใช้งานได้ 2 ประเภท คือ หน่วยความจำหลัก และหน่วยความจำสำรอง

หน่วยความจำหลัก (Main Memory)
เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ต้องทำงานร่วมกับซีพียูอย่างใกล้ชิดตลอดเวลาบนเมนบอร์ด ซึ่งเราสามารถแบ่งออกตามสภาพการใช้งานได้ 2 ชนิด คือ หน่วยความจำถาวร และหน่วยความจำชั่วคราว

1. หน่วยความจำถาวร หรือ ROM (Read–Only Memory)
ในยุคแรกๆ จะเป็นพวกที่เก็บบันทึกข้อมูลเอาไว้ตายตัวแก้ไขไม่ได้ และข้อมูลที่ถูกเก็บไว้จะยังคงอยู่แม้ไม่มีกระแสไฟฟ้ามาเลี้ยงวงจร แต่ปัจจุบัน ROM ยุคใหม่ได้ถูกพัฒนาให้สามารถลบหรือแก้ไขข้อมูลที่อยู่ภายใน รวมทั้งบันทึกข้อมูลลงไปใหม่ได้ไม่ยาก โดยใช้โปรแกรมขนาดเล็กที่ถูกเขียนขึ้นมาเพื่อการนี้โดยเฉพาะ สำหรับ ROM ชนิดนี้เราเรียกว่า แฟลชรอม (Flash ROM) โดยนำไปใช้ทำเป็น ROM BIOS ในเมนบอร์ด

2. หน่วยความจำชั่วคราว หรือ RAM (Random Access Memory)
จะคอยทำงานร่วมกับซีพียูอย่างใกล้ชิดตลอดเวลา โดยทำหน้าที่เสมือนเป็นสมุดบันทึกเล่มใหญ่ที่ซีพียูใช้ทำงาน ทั้งการจดบันทึกข้อมูล หรือคำสั่งต่างๆ ทดเลขในการคำนวณ พักรอข้อมูลก่อนจัดส่งให้ซีพียูทำการประมวลผล ฯลฯ แต่ถ้าหากปิดเครื่องหรือไฟฟ้าเกิดดับขึ้นมา ข้อมูลต่างๆ ที่ถูกเก็บไว้เหล่านี้จะถูกลบทิ้งหรือสูญหายไปหมด โดยทั่วไปเรามักจะรู้จัก RAM ประเภทนี้กันดีในชื่อ SDRAM, DDR, DDR2, DDR3 และ RDRAM เป็นต้น

หน่วยความจำสำรอง (Secondary Memory)
คือ อุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้สำหรับจัดเก็บหรือสำรองข้อมูลเก็บไว้ได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้ามาหล่อเลี้ยงอยู่ตลอดเวลา ยกตัวอย่างเช่น ฮาร์ดดิสก์, แผ่นฟล็อปปี้ดิสก์, แผ่น CD/DVD/Blu / Ray, SSD (Solid – State Drive) และ USB Flash Drive เป็นต้น

ประเภทของแรม (RAM)

โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ Static RAM (SRAM) และ Dynamic RAM (DRAM)

1. Static RAM (SRAM)
ทำจากวงจรที่ใช้การเก็บข้อมูลด้วยสถานะ “มีไฟ” กับ “ไม่มีไฟ” ซึ่งจะเก็บข้อมูลไว้ได้ตลอดเวลาตราบใดที่ยังมีกระแสไฟฟ้าเลี้ยงวงจรอยู่ นิยมนำไปใช้ทำเป็นหน่วยความจำแคช (Cache) สามารถทำให้มีขนาดความจุสูงๆ ได้ เนื่องจากมีราคาแพงและกินกระแสไฟมากจนมักทำให้เกิดความร้อนสูง อีกทั้งวงจรก็ยังมีขนาดใหญ่กว่าด้วย

2. Dynamic RAM (DRAM)
เป็นมาตรฐานของ Main Memory มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Fast Page Mode DRAM นอกจากจะต้องมีไฟฟ้าเลี้ยงตลอดเวลาแล้ว แรมชนิดจะต้องทำการ Recharge อยู่เสมอ คือคอยป้อนไฟเลี้ยงให้กับตัวเก็บประจุที่มีค่าเป็น "1" เป็นระยะ DRAM จะเก็บแต่ละค่าของบิตลงในหน่วยความจำ (Memory cell) ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบ 2 ส่วนคือ Capacitor และ Transistor ซึ่ง Capacitor เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถเก็บประจุของอิเล็กตรอนได้ ส่วน Transistor เป็นสวิทช์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถเปิดหรือปิดได้โดยอาศัยการลดลงหรือเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า ที่ไหลมา Transistor การทำงานของ DRAM จะเริ่มจากการถูกร้องขอข้อมูลจะทำการจัดลำดับการค้นหาข้อมูลนั้น แล้วเริ่มทำการค้นหาข้อมูลโดยเริ่มที่คอลัมน์แรกของหน่วยความจำ ข้อมูลที่เก็บอยู่ในหน่วยความจำจะถูกนำมาตรวจสอบ และใส่กลับเข้าในระบบจนกระทั่งพบข้อมูลที่ต้องการ การค้นหาข้อมูลจะหยุดลงและเตรียมพร้อมสำหรับค้นหาข้อมูลในลำดับต่อไป หรือจากการถูกร้องขอครั้งใหม่ (นี่คือหลักของ wait state เพราะระหว่างที่หยุดรอการค้นหาข้อมูล ซีพียูจะหยุดการทำงานของหน่วยความจนกว่าจะเริ่มการทำงานใหม่อีกครั้ง ส่วนบัฟเฟอร์ของ data output ก็จะปิดการทำงานลงจนกว่าจะเริ่มการค้นใหม่อีกครั้ง และแม้ว่าข้อมูลที่ถูกจัดอันดับให้ค้นหา ต่อไปจะมีตำแหน่งติดกับข้อมูลที่ถูกค้นหาไปก่อนหน้านี้ แต่การค้นหาข้อมูลจะเริ่มต้นที่คอลัมน์แรกของหน่วยความจำเสมอ

คุณสมบัติที่แตกต่างระหว่าง SRAM กับ DRAM

SRAM มีราคาสูงกว่า เนื่องจาก SRAM มี ความเร็วสูงกว่า DRAM การใช้งาน RAM นั้น ต้องมีไฟเลี้ยงตลอดเวลา และนอกจากไฟเลี้ยงแล้ว DRAM ยังต้องการ การ Refresh ข้อมูลเป็นระยะๆ เสมือนการเตือนความทรงจำ ซึ่ง ผิดกับ SRAM ที่ไม่ต้องมีการ Refresh เนื่องจาก DRAM ซึ่งทำมาจาก MOSใช้หลักการ ของตัวเก็บประจุ มาเก็บข้อมูล เมื่อเวลาผ่านไป ประจุจะค่อยๆรั่วออก ทำให้ต้องมีการ Refresh ประจุตลอดเวลาการใช้งาน ส่วน SRAM ซึ่งทำมาจาก Flip-Flop นั้น ไม่จำเป็นต้องมีการ Refresh แต่ SRAM จะกินไฟมากกว่า DRAM อันเนื่องจากการใช้ Flip-Flop นั่นเอง

แรม (RAM) ชนิดต่างๆ มีดังนี้

1. Static Random Access Memory (SRAM)
จะต่างจาก DRAM ตรงที่ว่า DRAM จะต้องทำการ refresh ข้อมูลอยู่ตลอดเวลา แต่ในขณะที่ SRAM จะเก็บข้อมูลนั้นๆ ไว้ และจะไม่ทำการ refresh โดยอัตโนมัติ ซึ่งมันจะทำการ refresh ก็ต่อเมื่อ สั่งให้มัน refresh เท่านั้น ซึ่งข้อดีของมัน ก็คือความเร็ว ซึ่งเร็วกว่า DRAM ปกติมาก แต่ก็ด้วยราคาที่สูงกว่ามาก จึงเป็นข้อด้อยของมันเช่นกัน

2. Dynamic Random Access Memory (DRAM)
DRAM จะทำการเก็บข้อมูลในตัวเก็บประจุ (Capacitor) ซึ่งจำเป็นจะต้องมีการ refresh เพื่อ เก็บข้อมูลให้คงอยู่ โดยการ refresh นี้ ทำให้เกิดการหน่วงเวลาขึ้นในการเข้าถึงข้อมูล และก็เนื่อง จากที่มันต้อง refresh ตัวเองอยู่ตลอดเวลานี้เอง จึงเป็นเหตุให้ได้ชื่อว่า Dynamic RAM ปัจจุบันนี้แทบจะหมดไปจากตลาดแล้ว

3. Fast Page Mode DRAM (FPM DRAM)

FPM นั้น ก็เหมือนๆกับ DRAM เพียงแต่ว่า มันลดช่วงการหน่วงเวลาในขณะเข้าถึงข้อมูลลงทำให้มัน มีความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลสูงกว่า DRAM และสำหรับอัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงสุดประมาณ176 MBps

4. Extended-Data Output (EDO) DRAM

EDO DRAM มันจะอ้างอิงตำแหน่ง ที่อ่านข้อมูลจากครั้งก่อน ปกติแล้วการดึงข้อมูลจาก RAM ณ ตำแหน่งใดๆ มักจะดึงข้อมูล ณ ตำแหน่งที่อยู่ใกล้ๆ และมีความเร็วสูงกว่า FPM ประมาณ 5 %อัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงสุดของอยู่ที่ 264 MBps

5. Synchronous DRAM (SDRAM)

SDRAM จะทำงานตามสัญญาณนาฬิกาขาขึ้น เพื่อรอรับตำแหน่งที่ต้องการให้มันอ่าน แล้วจากนั้น มันก็จะไปค้นหาให้ และให้ผลลัพธ์ออกมา หลังจากได้รับตำแหน่งแล้ว เท่ากับ ค่า CAS เช่น CAS 2 ก็คือ หลังจากรับตำแหน่งที่จะอ่านแล้ว มันก็จะให้ผลลัพธ์ออกมา ภายใน 2 ลูกของสัญญาณนาฬิกา ซึ่งความเร็วของมันนั้นจะเร็วกว่า EDO DRAM ประมาณ 5% ซึ่งจะมีความเร็วสูงสุดประมาณ 528 MBps

6. Double data rate synchronous dynamic RAM (DDR SDRAM)

DDR DRAM แยกออกมาจาก SDRAM โดยจุดที่ต่างกันหลักๆ ของทั้งสองชนิดนี้คือ DDR SDRAMนี้ สามารถที่จะใช้งานได้ทั้งขาขึ้น และ ขาลง ของสัญญาณนาฬิกา เพื่อส่งถ่ายข้อมูลนั่นก็ทำให้อัตราส่งถ่ายเพิ่มได้ถึงเท่าตัว ซึ่งจะมีอัตราส่งถ่ายข้อมูลสูงสุดถึง 1064 MBps ใช้งานที่ความถี่ 133 MHZ

7. Rambus DRAM (RDRAM)

RDRAM ออกแบบแยกจาก DRAM ออกแบบโดย RAMBUS โดยปัจจุบันได้เอาหลักการของ RAMBUS มาพัฒนาและทำการปรับแต่งใหม่โดยการลด pin, รวม static buffer, และ ทำการปรับแต่งทาง interface ใหม่DRAM นั้น สามารถทำงานได้ทั้งขอบขาขึ้นและลง ของสัญญาณนาฬิกา และ เพียงช่องสัญญาณเดียว ของหน่วยความจำแบบ RAMBUS นี้ มี Performance มากกว่าเป็น 3 เท่า และจะให้อัตราการส่งข้อมูลด้วยความเร็วถึง 800 MHz-1600 MHz

8. Credit Card Memory

Credit card memory คือส่วนที่ถูกบรรจุอยู่ใน หน่วยความจำ DRAM ซึ่งมันจะเป็นส่วนที่ประกอบอยู่ใน ช่องเสียบ slot ของ Notebook Computer

9. PCMCIA Memory Card

จะมีขนาดประมาณเครดิตการ์ด มีความทนทานและใช้พลังงานต่ำเมื่อเทียบกับ hard disk หรือหน่วยความจำที่ต่อผ่าน I/O peripherals แบบอื่น ๆ ถือว่าเป็นหน่วยเก็บข้อมูลภายนอกที่มีความสมบูรณ์แบบมาก ช่วยให้เราสามารถเก็บโปรแกรมหรือไฟล์ข้อมูลไปไหนต่อไหนได้สะดวก และสามารถนำไปใช้กับคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น ๆ ที่มีช่องใส่ PC Cards

10. CMOS RAM

CMOS ใช้เทคโนโลยีนิดเดียวกับการออกแบบ Chip จากต้นแบบของ IBM ซึ่งมันถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ซึ่งมันต้องใช้พลังงานจากแบตเตอร์รี่ในการรักษาความจำ

11. VRAM

VRAM เป็น แรมประเภทหนึ่งซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อใช้ทำงานเกี่ยวกับ Video เพราะมันถูกออกแบบมาใช้บน Display Card โดย VRAM นี้ ก็มีพื้นฐานมาจาก DRAM เช่นกัน แต่ที่ทำให้มันต่างกัน ก็ด้วยกลไกบางอย่างที่เพิ่มเข้ามา โดยที่ VRAM นั้น จะมี serial port พิเศษเพิ่มขึ้นมาอีก 1 หรือ 2 port ทำให้เรามองว่ามันเป็น RAM แบบ พอร์ทคู่ ( Dual-Port ) หรือ ไตรพอร์ท ( Triple-Port ) Parallel Port ซึ่งเป็น Standard Interface ของมัน จะถูกใช้ในการติดต่อกับ Host Processor เพื่อสั่งการให้ทำการ refresh ภาพขึ้นมาใหม่ และ Serial Port ที่เพิ่มขึ้นมา จะใช้ในการส่งข้อมูลภาพ ออกสู่ Display ซึ่งในปัจจุบันนั้นราคาของมันยังคงแพงอยู่มากซึ่งส่วนมากนั้นจะนิยมใช้ SGRAM แทน ซึ่งคุณภาพของ SGRAM ใกล้เคียงกับ VRAM มากและยังถูกกว่าด้วย