ما هي ذاكرة الحاسوب؟ تعريفها وأنواعها المختلفة

تعمل ذاكرة الحاسوب بطريقة مشابهة للدماغ البشري، حيث تخزن البيانات والمعلومات والتعليمات. وهي بمثابة وحدة تخزين أو جهاز تُحفظ فيه البيانات المراد معالجتها والتعليمات اللازمة لهذه المعالجة. ويمكن تخزين كل من بيانات الإدخال/الإخراج في الذاكرة. في هذه المقالة سنتعرف على ماهية ذاكرة الحاسوب، ونناقش أنواعها المختلفة.

{getToc} $title={محتويات المقال}

ما هي ذاكرة الحاسوب؟

الذاكرة هي مساحة التخزين الإلكترونية التي يحتفظ فيها الحاسوب بالتعليمات والبيانات التي يحتاجها للوصول السريع إليها. إنها المكان الذي تُخزَّن فيه المعلومات لاستخدامها الفوري. تُعدّ الذاكرة عنصرًا أساسيًا في الحاسوب، فبدونها لن يعمل النظام بشكل صحيح.

يوجد نوعان من ذاكرة الحاسوب: الذاكرة الرئيسية والذاكرة الثانوية. يُستخدم مصطلح " الذاكرة" كمرادف للذاكرة الرئيسية، أو كاختصار لنوع محدد منها يُسمى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). يقع هذا النوع من الذاكرة على رقائق إلكترونية دقيقة قريبة من معالج الحاسوب.

لو اضطرت وحدة المعالجة المركزية (CPU) في الحاسوب إلى استخدام وحدة تخزين ثانوية فقط، لأصبحت أنظمة الحاسوب أبطأ بكثير. عمومًا، كلما زادت سعة الذاكرة الرئيسية في جهاز الحاسوب، قلّت الحاجة إلى الوصول إلى التعليمات والبيانات من وحدات التخزين الثانوية الأبطأ.

كيف تعمل ذاكرة الحاسوب؟

عندما يُشغّل نظام التشغيل برنامجًا، يتم تحميله من الذاكرة الثانوية إلى الذاكرة الرئيسية. ونظرًا لاختلاف أنواع الذاكرة والتخزين، يُمكن على سبيل المثال نقل برنامج من قرص (SSD) إلى ذاكرة (RAM). ولأن الوصول إلى الذاكرة الرئيسية أسرع، يُمكن للبرنامج المفتوح التواصل مع معالج الحاسوب بسرعة أكبر. كما يُمكن الوصول إلى الذاكرة الرئيسية فورًا من فتحات الذاكرة المؤقتة أو مواقع التخزين الأخرى.

الذاكرة متطايرة، مما يعني أن البيانات المخزنة فيها تُحفظ مؤقتًا. بمجرد إيقاف تشغيل جهاز الحاسوب، تُحذف البيانات المخزنة في الذاكرة المتطايرة تلقائيًا. عند حفظ ملف، يُرسل إلى الذاكرة الثانوية للتخزين.

توجد أنواع عديدة من ذاكرة الحاسوب، وتختلف طريقة عمل الحواسيب باختلاف نوع الذاكرة الأساسية المستخدمة. ومع ذلك، فإن الذاكرة القائمة على أشباه الموصلات هي الأكثر شيوعًا في مجال ذاكرة الحاسوب. تتكون ذاكرة أشباه الموصلات من دوائر متكاملة مزودة بترانزستورات أكسيد المعادن شبه الموصلة (MOS) المصنوعة من السيليكون.

كيف تتواصل ذاكرة الكمبيوتر مع وحدة المعالجة المركزية؟

تتواصل ذاكرة الحاسوب مع وحدة المعالجة المركزية (CPU) عبر نظام منظم من المسارات الإلكترونية وأجهزة التحكم، مما يُمكّن وحدة المعالجة المركزية من جلب البيانات وتخزينها بسرعة وكفاءة. إليك شرحًا تفصيليًا:

بنية ناقل النظام:

القناة الرئيسية للاتصال بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة هي  ناقل النظام، وهو عبارة عن مجموعة من ثلاثة أنواع من النواقل:

• ناقل البيانات:  ينقل البيانات الفعلية بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة.
• ناقل العناوين:  يحمل عنوان الذاكرة الذي يحدد مكان قراءة البيانات أو كتابتها.
• ناقل التحكم:  يرسل إشارات تنسق وتتحكم في النشاط، مثل الإشارة إلى عمليات القراءة أو الكتابة.

وحدة تحكم الذاكرة:

تتولى وحدة تحكم الذاكرة تنظيم عملية الاتصال، حيث تدير تدفق البيانات وتضمن تزامن الإشارات بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة. في الأنظمة القديمة، كانت هذه الوحدة موجودة على اللوحة الأم؛ أما في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، فهي عادةً ما تكون مدمجة في وحدة المعالجة المركزية لزيادة السرعة والكفاءة.

عملية التواصل

• عندما يحتاج المعالج إلى الوصول إلى البيانات أو التعليمات في الذاكرة، فإنه يضع عنوان موقع الذاكرة المطلوب على ناقل العناوين.
• تقوم وحدة المعالجة المركزية بإرسال إشارة تحكم (أمر قراءة أو كتابة) على ناقل التحكم.
• في حالة القراءة، يقوم متحكم الذاكرة باسترجاع البيانات من العنوان المحدد وإرسالها إلى وحدة المعالجة المركزية عبر ناقل البيانات. أما في حالة الكتابة، فترسل وحدة المعالجة المركزية البيانات عبر ناقل البيانات لتخزينها في موقع الذاكرة المحدد.
• تتكرر هذه العملية مليارات المرات في الثانية أثناء عمليات الحوسبة، لتشكل العمود الفقري  لدورة الجلب وفك التشفير والتنفيذ  المستخدمة لتشغيل البرامج.

ما هي أنواع ذاكرة الحاسوب؟

بشكل عام، تنقسم ذاكرة الحاسوب إلى ثلاثة أنواع:

• الذاكرة الأولية
• الذاكرة الثانوية
• ذاكرة التخزين المؤقت

والآن سنناقش كل نوع من أنواع الذاكرة بالتفصيل واحداً تلو الآخر:

1. الذاكرة الأولية

تُعرف أيضًا بالذاكرة الرئيسية لنظام الحاسوب. تُستخدم لتخزين البيانات والبرامج، أو التعليمات أثناء عمليات الحاسوب. وتعتمد على تقنية أشباه الموصلات، ولذا تُسمى عادةً بذاكرة أشباه الموصلات. تنقسم الذاكرة الرئيسية إلى نوعين:

ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)

هي ذاكرة متطايرة. تخزن الذاكرة المتطايرة المعلومات بناءً على مصدر الطاقة. في حال انقطاع التيار الكهربائي أو توقفه، ستُفقد جميع البيانات والمعلومات المخزنة في هذه الذاكرة. تُستخدم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتشغيل الحاسوب. وهي تخزن مؤقتًا البرامج والبيانات التي يجب على المعالج تنفيذها. يوجد نوعان من ذاكرة الوصول العشوائي:

• ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (S RAM): تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة الترانزستورات، وتحتفظ دوائرها بحالتها طالما أن الطاقة موصولة. تتكون هذه الذاكرة من عدد من القلابات، حيث يخزن كل قلاب بتًا واحدًا. تتميز بزمن وصول أقل، وبالتالي فهي أسرع.
• ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (D RAM): تستخدم هذه الذاكرة المكثفات والترانزستورات، وتخزن البيانات على شكل شحنة كهربائية على المكثفات. تحتوي على آلاف الخلايا الذاكرة، وتحتاج إلى إعادة شحن المكثفات كل بضعة أجزاء من الثانية. تُعد هذه الذاكرة أبطأ من ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (S RAM).

ذاكرة القراءة فقط (ROM)

هي ذاكرة غير متطايرة. تخزن الذاكرة غير المتطايرة المعلومات حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي أو تعطل مصدر الطاقة. تُستخدم ذاكرة القراءة فقط (ROM) لتخزين المعلومات اللازمة لتشغيل النظام. وكما يوحي اسمها، فهي ذاكرة للقراءة فقط، لذا لا يمكننا قراءة سوى البرامج والبيانات المخزنة عليها. تحتوي على بعض الصمامات الإلكترونية التي يمكن برمجتها لتخزين معلومات محددة. تُخزن المعلومات في ذاكرة القراءة فقط (ROM) بصيغة ثنائية. تُعرف أيضًا بالذاكرة الدائمة. توجد أربعة أنواع من ذاكرة القراءة فقط (ROM):

• ذاكرة القراءة فقط المقنعة (MROM): كانت الأجهزة الموصولة مسبقًا بمجموعة من البيانات أو التعليمات المبرمجة مسبقًا هي أولى أنواع ذاكرة القراءة فقط (ROM). ذاكرة القراءة فقط المقنعة هي نوع من ذاكرة القراءة فقط منخفضة التكلفة تعمل بهذه الطريقة.
• ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة (PROM): هذه الذاكرة قابلة للتعديل مرة واحدة فقط من قِبل المستخدم. يشتري المستخدم ذاكرة PROM فارغة ويستخدم برنامجًا خاصًا بها لوضع المحتويات المطلوبة فيها. لا يمكن مسح محتوياتها بعد كتابتها.
• ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة (EPROM): ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة هي امتداد لذاكرة القراءة فقط (PROM) حيث يمكنك مسح محتوى ذاكرة القراءة فقط عن طريق تعريضها للأشعة فوق البنفسجية لمدة "40 دقيقة" تقريبًا.
• ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة والمسح الكهربائي (EEPROM): يمكن مسح محتوياتها المكتوبة كهربائيًا. يمكنك حذف وإعادة برمجة ذاكرة (EEPROM) حتى "10000 مرة". تستغرق عملية المسح والبرمجة وقتًا قصيرًا جدًا، أي ما يقارب "4-10 مللي ثانية". يمكن مسح أي منطقة في ذاكرة EEPROM وبرمجتها بشكل انتقائي.

2. الذاكرة الثانوية

تُعرف أيضًا بالذاكرة المساعدة وذاكرة النسخ الاحتياطي. وهي ذاكرة غير متطايرة تُستخدم لتخزين كميات كبيرة من البيانات أو المعلومات. البيانات أو المعلومات المخزنة في الذاكرة الثانوية دائمة، ولكنها أبطأ من الذاكرة الرئيسية. لا يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول إلى الذاكرة الثانوية مباشرةً، بل تُنقل البيانات/المعلومات من الذاكرة المساعدة أولًا إلى الذاكرة الرئيسية، ثم يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول إليها.

خصائص الذاكرة الثانوية

• إنها ذاكرة بطيئة ولكنها قابلة لإعادة الاستخدام.
• إنها ذاكرة موثوقة وغير متطايرة.
• إنها أرخص من الذاكرة الرئيسية.
• سعة تخزين الذاكرة الثانوية كبيرة.
• يمكن لنظام الكمبيوتر أن يعمل بدون ذاكرة ثانوية.
• في الذاكرة الثانوية، يتم تخزين البيانات بشكل دائم حتى عند انقطاع التيار الكهربائي.

أنواع الذاكرة الثانوية

• الأشرطة المغناطيسية: الشريط المغناطيسي عبارة عن شريط طويل ورفيع من غشاء بلاستيكي مغطى بطبقة مغناطيسية رقيقة، ويُستخدم للتسجيل المغناطيسي. تُسجل البتات على الشريط على شكل رقع مغناطيسية تُسمى "سجلات" تمتد على مسارات متعددة. عادةً، يتم تسجيل "7 أو 9 بتات" في وقت واحد. يحتوي كل مسار على رأس قراءة/كتابة واحد، مما يسمح بتسجيل البيانات وقراءتها كسلسلة من الأحرف. يمكن إيقاف الشريط، أو تشغيله للأمام أو للخلف، أو إرجاعه.
• الأقراص المغناطيسية: القرص المغناطيسي عبارة عن صفيحة دائرية من المعدن أو البلاستيك، مطلية بمادة مغناطيسية. يُستخدم القرص من كلا الجانبين. تُخزَّن البتات في أسطح ممغنطة في مواقع تُسمى المسارات، والتي تمتد على شكل حلقات متحدة المركز. تُستخدم القطاعات عادةً لتقسيم المسارات إلى أجزاء.
• الأقراص الضوئية: هي وسائط تخزين تعتمد على الليزر، ويمكن الكتابة عليها وقراءتها. سعرها معقول وعمرها طويل. ويمكن للمستخدمين الذين لا يستخدمونها إلا نادرًا إخراج القرص الضوئي من الحاسوب.

3. ذاكرة التخزين المؤقت

ذاكرة التخزين المؤقت هي نوع من ذاكرة أشباه الموصلات عالية السرعة التي تُساعد وحدة المعالجة المركزية على العمل بشكل أسرع. تعمل هذه الذاكرة كحلقة وصل بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة الرئيسية، حيث تُستخدم لتخزين البيانات والبرامج التي تستخدمها وحدة المعالجة المركزية بشكل متكرر.

مزايا ذاكرة التخزين المؤقت

• إنها أسرع من الذاكرة الرئيسية.
• بالمقارنة مع الذاكرة الرئيسية، يستغرق الوصول إليها وقتًا أقل.
• يحتفظ بالبرامج التي يمكن تشغيلها في وقت قصير.
• يخزن البيانات للاستخدام المؤقت.

عيوب ذاكرة التخزين المؤقت

• بسبب أشباه الموصلات المستخدمة، فإنها باهظة الثمن للغاية.
• عادة ما يكون حجم ذاكرة التخزين المؤقت (كمية البيانات التي يمكنها تخزينها) صغيرًا.

تُعدّ ذاكرة الحاسوب أساسية لتخزين البيانات ومعالجتها. تُخزّن البيانات على شكل بتات وبايتات. ومع ازدياد حجم البيانات، يصبح من الضروري فهم كيفية استخدام وحدات أكبر مثل الكيلوبايت والميجابايت والجيجابايت لتخزين الملفات الكبيرة وإدارتها. فهم أحجام الملفات يُسهّل تنظيم البيانات وإدارتها.

تقنيات الذاكرة المتقدمة

إلى جانب أنواع الذاكرة الشائعة، يعمل مصنّعو الأجهزة الإلكترونية باستمرار على تطوير تقنيات ذاكرة جديدة ومبتكرة لتلبية احتياجات الشركات والمستهلكين. وتشمل تقنيات الذاكرة المتقدمة والناشئة ما يلي:

• ذاكرة الفلاش: تُستخدم ذاكرة الحالة الصلبة غير المتطايرة، القائمة على رقائق ذاكرة الفلاش NAND وNOR، في جميع أنواع أجهزة التخزين التجارية، مثل بطاقات ذاكرة الكاميرات، ومحركات أقراص USB، ومؤخرًا أجهزة SSD. تعمل ذاكرة الفلاش كذاكرة قراءة فقط قابلة للمسح وإعادة الكتابة، وتتحمل آلاف دورات المسح/إعادة الكتابة. يتم استبدال أجهزة الفلاش ثنائية الأبعاد الشائعة بذاكرة فلاش ثلاثية الأبعاد ، التي تقوم بتجميع وربط رقائق الفلاش ثنائية الأبعاد لزيادة سعة الذاكرة.
• ذاكرة 3D XPoint: ظهرت هذه الذاكرة عام 2015 تحت العلامة التجارية Optane. تخزن 3D XPoint البتات بناءً على تغيرات المقاومة، وذلك باستخدام مصفوفة خلايا ذاكرة متقاطعة قابلة للتكديس تعتمد على مبدأ فيزيائي يُسمى مفتاح العتبة الأوفوني. اشتهرت هذه التقنية بسرعة التخزين وانخفاض زمن الوصول وإمكانية الوصول إلى البيانات على مستوى البايت. وقد تم التخلي عنها لاحقًا، وتوقف إنتاجها عام 2021.
• الذاكرة الكمومية: تستطيع أجهزة QRAM تخزين الحالة الكمومية للفوتون دون إتلاف المعلومات الكمومية المتطايرة التي يحملها. تخزن الذاكرة الكمومية المعلومات على شكل بتات كمومية، أو كيوبتات، والتي يمكنها تخزين الصفر أو الواحد، أو كليهما في آن واحد. يتيح ذلك سعة تخزين هائلة ويضمن أمانًا عاليًا لوسائط التخزين.
• ذاكرة ذات نطاق ترددي عالٍ: تُستخدم تقنية HBM لتزويد أجهزة الذاكرة بنطاق ترددي عالٍ واستهلاك منخفض للطاقة. وهذا يُناسب تطبيقات الحوسبة عالية الأداء، ويُستخدم عادةً في أجهزة الذاكرة التي تُستخدم فيها مصفوفات من خلايا التخزين لبناء أنظمة فرعية كبيرة للتخزين ثلاثي الأبعاد، مثل مكعب الذاكرة الهجين Micron HBM3E بسعة 36 جيجابايت لمهام الذكاء الاصطناعي.
• ذاكرة الجرافين: تستخدم تقنية ذاكرة الجرافين الجرافين - وهي مادة ثنائية الأبعاد بسيطة تتكون من ذرات الكربون - لإنشاء أجهزة ذاكرة مثل ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة القائمة على الجرافين، أو RRAM ، وذاكرة الفلاش الجرافينية، ومحركات الأقراص الصلبة القائمة على الجرافين.
• الذاكرة العصبية الشكلية: تحاكي هذه الأجهزة سلوكيات الدماغ البشري. وتُنفذ عادةً كشبكة عصبية نابضة، حيث تعالج العقد التي تمثل الخلايا العصبية النابضة البيانات وتحتفظ بها كما تفعل الخلايا العصبية الحية. وتُعد الذاكرة العصبية الشكلية مفيدة بشكل خاص لأنظمة الذكاء الاصطناعي.

ما هي مواصفات الذاكرة؟

تُوصَف أجهزة الذاكرة في مواصفات فنية تُحدد خصائص تشغيلها. وتشمل مواصفات الذاكرة الشائعة ما يلي:

• نوع المخزن المؤقت: يمكن أن يكون جهاز الذاكرة مُخزنًا مؤقتًا أو غير مُخزن مؤقتًا؛ ويُشار إلى ذلك أيضًا بالذاكرة المُسجلة وغير المُسجلة. تُعد أجهزة الذاكرة المُخزنة مؤقتًا أبطأ قليلًا من الذاكرة غير المُخزنة مؤقتًا، ولكنها توفر عادةً سلامة بيانات أفضل، وهو أمر بالغ الأهمية لحوسبة خوادم المؤسسات.
• السعة: سعة الذاكرة هي كمية المعلومات الرقمية التي يمكن لجهاز الذاكرة تخزينها. تُقاس بالبايت، مثل الجيجابايت.
• القنوات: هي عدد الاتصالات التي تتبادل من خلالها الذاكرة البيانات مع النظام. وتُعدّ تكوينات القناة الواحدة والثنائية والرباعية شائعة. وبشكل عام، يؤدي وجود عدد أكبر من القنوات إلى تحسين أداء الذاكرة، نظرًا لإمكانية تبادل كميات أكبر من البيانات بمرور الوقت.
• عامل الشكل: تُدمج رقائق الذاكرة عادةً في أجهزة رسمية يمكن تركيبها في فتحات ومنافذ على اللوحة الأم. تشمل عوامل الشكل الشائعة وحدات DIMM ووحدات DIMM صغيرة الحجم .
• زمن الاستجابة: يقيس هذا المؤشر التأخيرات المصاحبة للوصول إلى مواقع الذاكرة لإجراء عملية قراءة أو كتابة: انخفاض زمن الاستجابة يؤدي إلى تحسين أداء الذاكرة.
• السرعة: هي معدل قراءة المعلومات من جهاز الذاكرة أو كتابتها إليه. تُقاس سرعة الذاكرة بوحدات النقل في الثانية أو بالميغاهرتز.
• الجهد الكهربائي: هو جهد النظام اللازم لتشغيل جهاز الذاكرة، ويُقاس بالفولت. تستخدم معظم أجهزة الذاكرة الحديثة جهودًا منخفضة، مثل 1.2 فولت أو 1.35 فولت، لتحسين السرعة والأداء.

جدول زمني لتاريخ وتطور ذاكرة الحاسوب

في أوائل أربعينيات القرن العشرين، كانت سعة الذاكرة محدودة للغاية، لا تتجاوز بضعة بايتات. ومن أبرز مظاهر التقدم في تلك الفترة اختراع ذاكرة خط التأخير الصوتي. فقد مكّنت هذه التقنية خطوط التأخير من تخزين البتات على شكل موجات صوتية في الزئبق، واستخدمت بلورات الكوارتز كمحولات طاقة لقراءة وكتابة البتات. وكان بالإمكان من خلال هذه العملية تخزين مئات الآلاف من البتات.

في أواخر أربعينيات القرن العشرين، بدأ البحث في الذاكرة غير المتطايرة، وتم ابتكار ذاكرة النواة المغناطيسية التي تُمكّن من استرجاع المعلومات بعد انقطاع التيار الكهربائي. وبحلول خمسينيات القرن العشرين، تم تطوير هذه التقنية وتسويقها تجاريًا، مما أدى إلى اختراع ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة (PROM) عام 1956. وانتشرت ذاكرة النواة المغناطيسية على نطاق واسع حتى أصبحت الشكل الرئيسي للذاكرة حتى ستينيات القرن العشرين.

في عام 1959، تم اختراع ترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة، والمعروفة أيضًا باسم MOSFET أو ذاكرة أشباه الموصلات MOS، وقد مكّن هذا الاختراع من استخدام ترانزستورات MOS كعناصر لتخزين خلايا الذاكرة. كانت ذاكرة MOS أرخص وأقل استهلاكًا للطاقة مقارنةً بذاكرة النواة المغناطيسية. بدأ استخدام الذاكرة ثنائية القطب، التي تستخدم ترانزستورات ثنائية القطب، في أوائل الستينيات.

في عام 1961، اقترح بوب نورمان مفهوم ذاكرة الحالة الصلبة على شريحة الدائرة المتكاملة (IC). وقد أدخلت شركة IBM الذاكرة إلى السوق الرئيسية في عام 1965. ومع ذلك، وجد المستخدمون أن ذاكرة الحالة الصلبة باهظة الثمن مقارنة بأنواع الذاكرة الأخرى.

ومن التطورات الأخرى التي شهدتها الفترة من أوائل إلى منتصف الستينيات اختراع ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة ثنائية القطب، وتقديم شركة توشيبا لذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية في عام 1965، والاستخدام التجاري لذاكرة الوصول العشوائي الثابتة في عام 1965. وتم تطوير خلية ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية أحادية الترانزستور في عام 1966، تلاها جهاز أشباه الموصلات MOS المستخدم لإنشاء ذاكرة القراءة فقط في عام 1967. ومن عام 1968 إلى أوائل السبعينيات، أصبحت ذاكرة MOS من النوع N، أو NMOS، شائعة أيضًا.

بحلول أوائل سبعينيات القرن العشرين، شاع استخدام الذاكرة القائمة على تقنية MOS. وفي عام 1970، أنتجت شركة إنتل أول شريحة دارة متكاملة DRAM تجارية. وبعد عام، طُوّرت ذاكرة PROM القابلة للمسح، وفي عام 1972، اختُرعت ذاكرة EEPROM.

الذاكرة الأولية مقابل الذاكرة الثانوية

تُصنف الذاكرة بشكل عام إلى ذاكرة أولية وذاكرة ثانوية، على الرغم من أن التمييز العملي بينهما قد أصبح غير مستخدم.

تشير الذاكرة الرئيسية إلى التقنيات والأجهزة القادرة على دعم البيانات قصيرة المدى والمتغيرة بسرعة. ويشمل ذلك بشكل أساسي ذاكرة التخزين المؤقت وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الموجودة بالقرب من وحدة المعالجة المركزية الرئيسية والتي يتم الوصول إليها بشكل متكرر من قبلها.

تشير الذاكرة الثانوية إلى التقنيات والأجهزة المستخدمة بشكل أساسي لدعم تخزين البيانات على المدى الطويل، حيث يتم الوصول إلى البيانات وتغييرها بوتيرة أقل بكثير. ويشمل ذلك عادةً أجهزة الذاكرة، مثل ذاكرة الفلاش ذات الحالة الصلبة ، بالإضافة إلى المجموعة الكاملة من محركات الأقراص الصلبة المغناطيسية (HDD) ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD).

في معظم الحالات، تُنقل البيانات من الذاكرة الثانوية إلى الذاكرة الرئيسية حيث يمكن للمعالج المركزي تنفيذها. ثم تُعاد من الذاكرة الرئيسية إلى الذاكرة الثانوية عند حفظ الملف أو إنهاء التطبيق.

من الممكن استخدام الذاكرة الثانوية كما لو كانت ذاكرة رئيسية. المثال الأكثر شيوعًا هو الذاكرة الافتراضية ، التي يستخدمها نظام التشغيل ويندوز للسماح بتشغيل تطبيقات وبيانات أكثر مما تستطيع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) استيعابه. مع ذلك، توفر الذاكرة الافتراضية زمن استجابة أطول وأداءً أقل من الذاكرة الرئيسية. يحدث هذا لأن قراءة البيانات أو كتابتها على محركات الأقراص تستغرق وقتًا أطول، مما يؤدي إلى انخفاض أداء التطبيقات التي تستخدم الذاكرة الافتراضية.

الذاكرة المتطايرة مقابل الذاكرة غير المتطايرة

يمكن أيضاً تصنيف الذاكرة إلى ذاكرة متطايرة أو ذاكرة غير متطايرة .

• الذاكرة المتطايرة: تشمل هذه الأنواع تقنيات وأجهزة الذاكرة التي تتطلب تحديث البيانات باستمرار، وتُفقد البيانات بمجرد انقطاع التيار الكهربائي عن جهاز الذاكرة. جميع أجهزة الذاكرة الديناميكية، مثل ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ( DRAM )، متطايرة. أما أجهزة الذاكرة الثابتة، مثل ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM)، فلا تتطلب تحديثًا للحفاظ على محتويات البيانات، ولكن مع ذلك، تُفقد البيانات من أجهزة الذاكرة الثابتة عند انقطاع التيار الكهربائي.
• الذاكرة غير المتطايرة: تشير (NVM) إلى تقنيات وأجهزة الذاكرة التي تحتفظ بمحتويات البيانات إلى أجل غير مسمى حتى عند فصل الطاقة عن جهاز الذاكرة. تُعد ذاكرة الفلاش ذات الحالة الصلبة (SSD) تقنية شائعة للذاكرة غير المتطايرة. جميع أنواع أجهزة ذاكرة القراءة فقط (ROM) هي أيضًا غير متطايرة. تُصنف الذاكرة الثانوية، مثل محركات الأقراص الصلبة (HDD) ومحركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)، عادةً على أنها ذاكرة غير متطايرة أو وحدة تخزين غير متطايرة .

الذاكرة مقابل التخزين

قد يخلط البعض بين الذاكرة والتخزين، لكن ثمة فروق جوهرية بينهما. باختصار، الذاكرة هي الذاكرة الرئيسية، بينما التخزين هو الذاكرة الثانوية. تشير الذاكرة إلى موقع البيانات قصيرة المدى، بينما يشير التخزين إلى موقع البيانات المخزنة على المدى الطويل.

تُعرف الذاكرة عادةً بأنها وحدة التخزين الرئيسية للحاسوب، مثل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). كما تُعالج المعلومات في الذاكرة، مما يتيح للمستخدمين الوصول إلى البيانات المخزنة لفترة قصيرة. وتُخزن البيانات لفترة قصيرة فقط لأن الذاكرة الرئيسية متطايرة ولا تُحفظ عند إيقاف تشغيل الحاسوب.

يشير مصطلح التخزين إلى الذاكرة الثانوية حيث تُحفظ البيانات في الحاسوب. ومن أمثلة التخزين القرص الصلب (HDD). التخزين غير متطاير، أي أن المعلومات تبقى موجودة حتى بعد إيقاف تشغيل الحاسوب ثم إعادة تشغيله. قد يكون البرنامج قيد التشغيل موجودًا في الذاكرة الرئيسية للحاسوب أثناء استخدامه - لاسترجاع المعلومات بسرعة - ولكن عند إغلاق هذا البرنامج، ينتقل إلى الذاكرة الثانوية أو التخزين.

تختلف سعة الذاكرة والتخزين المتاحة أيضًا. فعمومًا، يمتلك الحاسوب مساحة تخزين أكبر من الذاكرة. على سبيل المثال، قد يحتوي حاسوب محمول على "16 جيجابايت" من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بينما يمتلك "1 تيرابايت" أو أكثر من مساحة التخزين. ويعود هذا الاختلاف في السعة إلى أن الحاسوب لا يحتاج إلى الوصول السريع إلى جميع المعلومات المخزنة عليه دفعة واحدة، لذا فإن تخصيص بضعة جيجابايت من مساحة الذاكرة لتشغيل البرامج يكفي لمعظم التطبيقات الحديثة.

قد يكون مصطلحا الذاكرة والتخزين مُربكين نظرًا لاختلاف استخداماتهما اليوم. فعلى سبيل المثال، يُشار إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) على أنها وحدة تخزين أساسية، بينما تشمل أنواع وحدات التخزين الثانوية ذاكرة الفلاش. ولتجنب هذا الالتباس ، يُفضّل الحديث عن الذاكرة من حيث كونها متطايرة أو غير متطايرة، وعن التخزين من حيث كونه أساسيًا أو ثانويًا.

الخلاصة

على الرغم من أن التمييز بين الذاكرة الرئيسية والذاكرة المساعدة مفيدٌ على نطاق واسع، إلا أن تنظيم الذاكرة في الحاسوب يُشكل تسلسلاً هرمياً من المستويات، بدءاً من سجلات صغيرة وسريعة ومكلفة في وحدة المعالجة المركزية، مروراً بذاكرة التخزين المؤقت الصغيرة والسريعة، ثم ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) الأكبر حجماً، ثم الأقراص الصلبة ذات السعة الكبيرة، وصولاً إلى وحدات التخزين الاحتياطية غير المتطايرة البطيئة وغير المكلفة. ويغطي استخدام الذاكرة في أنظمة تشغيل الحاسوب الحديثة هذه المستويات من خلال الذاكرة الافتراضية، وهي نظام يوفر للبرامج مساحات عناوين كبيرة (ذاكرة قابلة للعنونة)، قد تتجاوز سعة ذاكرة الوصول العشوائي الفعلية في الحاسوب. تمنح الذاكرة الافتراضية كل برنامج جزءاً من الذاكرة الرئيسية، وتخزن باقي التعليمات البرمجية والبيانات على القرص الصلب، مع نسخ كتل العناوين تلقائياً من وإلى الذاكرة الرئيسية حسب الحاجة. إن سرعة الأقراص الصلبة الحديثة، إلى جانب خاصية موضعية الوصول التي تُمكّن ذاكرة التخزين المؤقت من العمل بكفاءة، تجعل الذاكرة الافتراضية ممكنة.