حافظه فرار و غیرفرار چیست؟ تفاوت RAM و حافظه ذخیره‌سازی

حافظه در رایانه‌ها و تجهیزات دیجیتال به فناوری‌های مختلفی اشاره دارد اما یکی از مهم‌ترین تفاوت‌ها میان انواع حافظه، فرار (Volatile) و غیرفرار (Non-volatile) بودن آنهاست؛ تفاوتی که در ساده‌ترین تعریف به این موضوع بازمی‌گردد که آیا داده‌ها پس از قطع برق باقی می‌مانند یا از بین می‌روند.

به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از انگجت، حافظه فرار برای حفظ اطلاعات به تامین مداوم انرژی نیاز دارد و با قطع برق، داده‌های ذخیره‌شده در آن از بین می‌رود. در مقابل حافظه غیرفرار می‌تواند اطلاعات را حتی پس از خاموش شدن دستگاه حفظ کند. به همین دلیل اطلاعات موجود در حافظه RAM پس از خاموش کردن رایانه باقی نمی‌ماند اما فایل‌های ذخیره‌شده روی یک SSD در زمان روشن شدن دوباره دستگاه همچنان در دسترس هستند.

با این حال فرار یا غیرفرار بودن فقط درباره رفتار داده‌ها هنگام قطع برق صحبت می‌کند و به‌تنهایی مشخص نمی‌کند یک حافظه چقدر سریع است، چه ظرفیتی دارد یا در چه بخشی از یک سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

DRAM و SRAM؛ دو نوع حافظه فرار

زمانی که در مشخصات یک لپ‌تاپ یا رایانه رومیزی از ۱۶ یا ۳۲ گیگابایت RAM صحبت می‌شود، منظور معمولا حافظه DRAM یا Dynamic Random-Access Memory است. این حافظه فضای کاری اصلی رایانه محسوب می‌شود و داده‌ها و برنامه‌هایی را که سیستم در حال اجرای آنهاست به‌طور موقت در خود نگه می‌دارد.

DDR۵ یکی از نسل‌های فعلی DRAM در رایانه‌هاست. تلفن‌های همراه و برخی تجهیزات قابل‌حمل نیز معمولاً از گونه‌های کم‌مصرف DRAM مانند LPDDR۵X استفاده می‌کنند.

هر سلول DRAM برای ذخیره یک بیت اطلاعات از یک خازن و یک ترانزیستور استفاده می‌کند. بار الکتریکی موجود در خازن به‌مرور زمان نشت می‌کند بنابراین DRAM باید در زمان روشن بودن سیستم به‌طور مداوم بازخوانی و تازه‌سازی (Refresh) شود تا اطلاعات خود را حفظ کند.

به محض قطع برق و متوقف شدن فرآیند تازه‌سازی، اطلاعات ذخیره‌شده در DRAM از بین می‌رود.

البته DRAM همیشه به شکل ماژول‌های جداشدنی و موسوم به DIMM که در رایانه‌های رومیزی روی مادربرد نصب می‌شوند، وجود ندارد. برای مثال تراشه‌های Ryzen AI Max شرکت AMD می‌توانند از حداکثر ۱۲۸ گیگابایت حافظه یکپارچه استفاده کنند. با وجود تفاوت در نحوه قرارگیری فیزیکی حافظه نقش آن همچنان مشابه حافظه کاری موقت سیستم است.

SRAM؛ سریع‌تر و مناسب برای حافظه نهان پردازنده

نوع دیگری از حافظه فرار SRAM یا Static Random-Access Memory است.

واژه Static در اینجا به این معناست که SRAM تا زمانی که انرژی در اختیار داشته باشد برای حفظ وضعیت خود به چرخه‌های دوره‌ای Refresh مانند DRAM نیاز ندارد. SRAM به‌جای سلول خازن-ترانزیستور DRAM از مدار‌های لَچ‌شونده و چندین ترانزیستور برای ذخیره هر بیت استفاده می‌کند.

این ساختار می‌تواند دسترسی سریع‌تری نسبت به DRAM فراهم کند و به همین دلیل SRAM برای حافظه نهان (Cache) پردازنده بسیار مناسب است؛ جایی که حجم نسبتا کمی از داده‌های پرکاربرد در نزدیک‌ترین فاصله به CPU نگهداری می‌شوند.

برای نمونه، پردازنده Ryzen ۹، ۹۹۵۰X۳D با مجموع ۱۴۴ مگابایت حافظه نهان L۲ و L۳ نمونه‌ای از پردازنده‌هایی است که حجم قابل‌توجهی Cache دارند. با وجود این چنین ظرفیتی همچنان در برابر چندین گیگابایت DRAM مورد استفاده به‌عنوان حافظه اصلی بسیار کوچک است؛ موضوعی که تفاوت کاربرد این دو نوع حافظه فرار را نشان می‌دهد.

حافظه غیرفرار؛ اطلاعاتی که بعد از خاموشی باقی می‌مانند

حافظه‌های غیرفرار برای اطلاعاتی استفاده می‌شوند که باید حتی پس از قطع برق نیز در دسترس باقی بمانند. در تجهیزات مصرفی امروزی یکی از شناخته‌شده‌ترین انواع این حافظه NAND Flash است که در حافظه ذخیره‌سازی SSD ها، تبلت‌ها، فلش‌مموری‌های USB و کارت‌های حافظه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یک SSD به‌طور کلی از دو بخش اصلی تشکیل می‌شود: حافظه فلش که داده‌ها را حتی در زمان خاموش بودن دستگاه نگهداری می‌کند و کنترلر که فرآیند خواندن و نوشتن اطلاعات را مدیریت می‌کند.

کنترلر SSD علاوه بر مدیریت داده‌ها وظایفی مانند تصحیح خطا و توزیع عملیات نوشتن در میان سلول‌های مختلف حافظه را نیز انجام می‌دهد. این فرآیند باعث می‌شود عملیات نوشتن دائما روی یک مجموعه محدود از سلول‌ها متمرکز نشود و در نتیجه فرسودگی برخی سلول‌ها بسیار سریع‌تر از سایر سلول‌ها اتفاق نیفتد.

این ساختار کلی هم در SSD‌های مبتنی بر رابط SATA و هم در SSD‌های NVMe دیده می‌شود.

NOR Flash؛ حافظه‌ای برای نگهداری کد و Firmware

NOR Flash نوع دیگری از حافظه غیرفرار است که معمولا برخلاف NAND برای ذخیره حجم زیادی از فایل‌ها استفاده نمی‌شود و بیشتر برای کد‌های نرم‌افزاری و Firmware کاربرد دارد.

دستگاه‌ها می‌توانند از NOR Flash برای ذخیره Firmware مورد نیاز جهت راه‌اندازی سخت‌افزار و بارگذاری سیستم‌عامل یا سایر کد‌هایی که باید پس از خاموش و روشن شدن دستگاه همچنان در دسترس باشند، استفاده کنند.

NOR Flash به‌ویژه در تجهیزات تعبیه‌شده (Embedded) اهمیت دارد، زیرا پردازنده در بسیاری از موارد می‌تواند کد را مستقیما از تراشه فلش اجرا کند و لازم نباشد ابتدا آن را به RAM منتقل کند؛ بنابراین همان‌طور که DRAM و SRAM هر دو فرار هستند اما کاربرد‌های متفاوتی دارند، NAND و NOR نیز هر دو غیرفرارند، اما برای اهداف متفاوتی به کار می‌روند. در واقع غیرفرار بودن نام یک قطعه یا فناوری خاص نیست بلکه ویژگی‌ای است که نشان می‌دهد داده پس از قطع برق باقی می‌ماند یا خیر.

رایانه چگونه از هر دو نوع حافظه استفاده می‌کند؟

در دستگاه‌های مدرن حافظه فرار و غیرفرار در کنار یکدیگر کار می‌کنند و داده‌ها به‌طور مداوم میان بخش‌های مختلف سلسله‌مراتب حافظه جابه‌جا می‌شوند.

برای مثال هنگام باز کردن یک نرم‌افزار و ویرایش یک عکس، خود نرم‌افزار و فایل عکس در ابتدا روی حافظه غیرفرار مانند SSD قرار دارند. زمانی که کاربر برنامه را اجرا می‌کند، سیستم‌عامل کد و داده‌های مورد نیاز را از فضای ذخیره‌سازی به DRAM منتقل می‌کند.

در ادامه پردازنده نسخه‌ای از داده‌هایی را که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند در Cache خود نگهداری می‌کند تا برای دسترسی به آنها مجبور نباشد هر بار به حافظه اصلی مراجعه کند.

در این فرآیند داده‌ها در سطوح مختلف حافظه جابه‌جا می‌شوند تا سیستم بتواند میان سرعت، ظرفیت و ماندگاری اطلاعات تعادل ایجاد کند.
نسخه‌های موقتی داده که در RAM یا Cache قرار دارند، لازم نیست پس از خاموش شدن سیستم باقی بمانند. آنچه اهمیت دارد این است که اطلاعات و تغییراتی که کاربر ذخیره کرده است در نهایت به حافظه غیرفرار منتقل شوند.

حالت Hibernate تفاوت حافظه فرار و غیرفرار را نشان می‌دهد

یکی از نمونه‌های ساده برای درک این تفاوت حالت Hibernate ویندوز است. در این حالت ویندوز می‌تواند محتوای حافظه فرار سیستم را پیش از خاموش کردن RAM، در قالب یک فایل Hibernate روی حافظه غیرفرار ذخیره کند. هنگامی که رایانه دوباره راه‌اندازی می‌شود سیستم اطلاعات ذخیره‌شده در آن فایل را می‌خواند و وضعیت قبلی حافظه را بازیابی می‌کند.

این فرآیند با Sleep تفاوت دارد. در حالت Sleep جلسه کاری کاربر همچنان در RAM نگهداری می‌شود بنابراین اگر برق دستگاه به‌طور کامل قطع شود اطلاعات موجود در RAM ممکن است از بین برود.

چرا در مشخصات لپ‌تاپ می‌نویسند ۱۶GB Memory | ۵۱۲GB SSD؟

به همین دلیل وقتی در مشخصات یک لپ‌تاپ عبارت‌هایی مانند ۱۶GB Memory | ۵۱۲GB SSD دیده می‌شود این دو عدد به دو منبع متفاوت اشاره دارند.

عدد ۱۶ گیگابایت حافظه معمولا ظرفیت RAM و فضای کاری موقتی سیستم را نشان می‌دهد؛ فضایی که برای اجرای هم‌زمان برنامه‌ها و پردازش داده‌های فعال مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در مقابل ۵۱۲ گیگابایت SSD ظرفیت حافظه ذخیره‌سازی غیرفرار دستگاه است؛ جایی که سیستم‌عامل، نرم‌افزارها، عکس‌ها، ویدئو‌ها و سایر فایل‌هایی که باید پس از خاموش شدن دستگاه نیز باقی بمانند، ذخیره می‌شوند.

در نتیجه تفاوت اصلی را می‌توان در یک جمله خلاصه کرد: حافظه فرار برای کار موقت و سریع سیستم به کار می‌رود و با قطع برق اطلاعات خود را از دست می‌دهد، در حالی که حافظه غیرفرار اطلاعات را حتی پس از خاموش شدن دستگاه حفظ می‌کند. با این حال هیچ‌کدام ذاتا بهتر از دیگری نیستند بلکه هر یک برای بخش متفاوتی از معماری حافظه رایانه طراحی شده‌اند.

انتهای پیام/