در علوم رایانه، به هر وسیله که توانایی نگهداری اطلاعات را داشته باشد، حافظه می‌گویند. حافظه یکی از قسمت‌های ضروری و اساسی یک رایانه به شمار می‌رود. همان‌طور که انسان برای نگهداری اطلاعات مورد نیاز خود علاوه بر حافظه درونی خویش از ابزارهای گوناگون دیگری همانند کاغذ، تخته سیاه، نوار ضبط صوت، نوار ویدیو و ... استفاده می‌کند رایانه هم می‌تواند از انواع گوناگون حافظه استفاده کند. به طور کلی دو نوع حافظه داریم:

• «حافظه اصلی» که به آن «حافظه اولیه» یا «حافظه درونی» نیز می‌گویند.
• «حافظه جانبی» که به آن «حافظه ثانویه» یا «حافظه کمکی» نیز می‌گویند.

حافظه اصلی

کلیه دستورالعمل‌ها و داده‌ها، برای این که مورد اجرا و پردازش قرار گیرند، نخست باید به حافظه اصلی رایانه منتقل گردند و نتایج پردازش نیز به آنجا فرستاده شود. حافظه اصلی رایانه از جنس نیمه رسانا (الکترونیکی) است و در نتیجه، سرعت دسترسی به اطلاعات موجود در آنها در مقایسه با انواع حافظه جانبی که بصورت مکانیکی کار می‌کنند مانند دیسک سخت، دیسک‌گردان، و لوح فشردهبالاست و قیمت آن نیز گران‌تر است اما در مقابل حافظه‌هایی، که به پردازنده نزدیکتر هستند و از ظرفیت کمتری برخوردارند مانند ثبات (به انگلیسی: Processor Registers) و حافظه نهان سی‌پی‌یو(به انگلیسی:Cache)گرانتر و از سرعت دسترسی بالاتری بهره می‌برند. حافظه‌های اصلی نیز به دو دسته تبدیل می‌شوند:

• حافظه خواندنی/ نوشتنی (به انگلیسی: RAM)، حافظه دسترسی تصادفی (به انگلیسی: Random Access Memory یا RAM) از این نوع است.
• حافظه فقط خواندنی (به انگلیسی: Read Only Memory یا ROM)

حافظه خواندنی/ نوشتنی

همان‌طور که از نام این حافظه پیداست، پردازنده می‌تواند هم در این نوع حافظه بنویسد و هم از آنها بخواند. به طور کلی، برنامه‌ها (به انگلیسی: Codes)، دستورالعمل‌ها (به انگلیسی: Instructions)، و داده‌هایی (به انگلیسی: Data) در این حافظه قرار می‌گیرند که پردازشگر بخواهد بر روی آنها کاری انجام دهد. به این نوع حافظه‌ها، حافظه فَرّار نیز می‌گویند زیرا با قطع برق، محتویات آن‌ها از بین می‌رود. RAMها غالباً دو نوع اند:

• (DRAM (Dynamic RAM

(RAMدینامیک): در این نوع حافظه اطلاعات به طور اتوماتیک توسط رایانه تازه (به انگلیسی:Refresh) می‌شوند. به دلیل چگالی بیشتر داده‌ها و ارزان بودن RAM دینامیک پراستفاده است و در حافظه دسترسی تصادفی (به انگلیسی: RAM) از آن بیشتر استفاده می‌شود.

• (SRAM (Static RAM

(RAMاستاتیک): سرعت این نوع حافظه بالاتر از نوع دینامیک است. از این نوع RAM در حافظه نهان (به انگلیس:Cache) که بین حافظه اصلی و پردازنده قرار دارد، استفاده می‌شود.

حافظه فقط خواندنی

همانگونه که از نام حافظه فقط خواندنی (به انگلیسی: ROM) استفاده می‌شود، پردازنده نمی‌تواند به صورت خودکار اطلاعات موجود در این نوع حافظه را تغییر دهد، بلکه فقط می‌تواند آن را بخواند. هنگام خاموش شدن رایانه نیز این اطلاعات از بین نمی‌رود و ثابت می‌ماند. سامانهٔ ورودی/خروجیِ پایه (به انگلیسی: Basic Input/Output System یا BIOS)که وظیفه تنظیمات ساختاری سخت‌افزاری رایانه و همچنین آزمایش و راه اندازی قسمت‌های گوناگون رایانه را به هنگام روشن شدن سیستم برعهده دارد در این نوع حافظه قرار داده می‌شود.

حافظه جانبی

از حافظه جانبی برای ذخیره‌سازی دائمی اطلاعات استفاده می‌شود. این حافظه از عناصر غیر الکترونیکی ساخته شده و قیمت آن ارزان و سرعت آن پایین است. برای اجرای یک برنامه از روی دیسک جانبی، اول باید برنامه در حافظه اصلیRAMقرار گیرد و سپس توسط CPU مورد پردازش قرار گیرد. برای نگهداری اطلاعات این نوع حافظه هیچ گونه انرژی مصرف نمی‌کند، اما برای ذخیره‌سازی و فراخوانی اطلاعات نیاز به انرژی دارد.

حافظه غیر مغناطیسی

۱. کارت و نوار کاغذی : از کارت‌های منگنه شده و رنگ شده و نوارهای کاغذی سوراخ شده (پانچ)، به عنوان محلی برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌شود مانند پاسخ کارت کنکور. این حافظه توسط دستگاهی به نام کارت خوان خوانده می‌شود و سپس اطلاعات به حافظه رایانه منتقل می‌شود.

۲. دیسک نوری (Optical Disk) : دیسک‌های نوری نوع دیگری از حافظه‌های غیر مغناطیسی است. برای خواندن و نوشتن اطلاعات در این نوع دیسک‌ها، از پرتو لیزر استفاده می‌شود.

CD: این دیسک‌ها از صفحه دایره شکلی به قطر ۱۲ سانتیمتر ساخته شده‌اند و می‌توانند تاحدود ۷۰۰ مگا بایت اطلاعات را نگهداری کنند. به نوع متداول آن که فقط قابل خواندن است CD-ROM می‌گویند. بر نوع دیگری که به CD-R معروف است می‌توان با استفاده از CD-Recorder یک بار اطلاعات وارد کرد و با استفاده از دیسک گردان‌های CD-Rewriter بارها بر روی CD-RW اطلاعات نوشت و پاک کرد.

DVD: نوع جدیدتری از دیسک‌های نوری به نام DVD-ROM در حال گسترش است. این دیسک، ظاهر و اندازه‌ای شبیه سی – دی دارد، ولی برای آن ظرفیت‌های ۴/۵ GB (یک رو – یک لایه) ۷/۹ (یک رو – دو لایه) ۱۵/۸ (دورو – دولایه) در نظر گرفته شده است.

حافظه مغناطیسی

در این نوع حافظه‌ها، می‌توان اطلاعات را به صورت نقاط مغناطیس شده نوشت (ذخیره کرد) و یا خواند (بازیابی نمود). این اعمال، به وسیله شاخک‌های خاصی که به آنها هد می‌گویند، انجام می‌پذیرد. هد از یک سیم پیچ هسته دار کوچک تشکیل شده است.

الف) نوار مغناطیسی : نوار مغناطیسی از یک نوار پلاستیکی که روی آن از یک ماده مغناطیس شونده مثل اکسید آهن پوشانده‌اند، تشکیل شده است (شبیه نوار ضبط صوت با پهنای بیشتر). این نوارها امروزه به صورت کارتریج و در گذشته به صورت حلقه‌ای مورد استفاده قرار می‌گرفته است. دسترسی به اطلاعات این حافظه‌ها دسترسی ترتیبی است. یعنی به ترتیب اطلاعات باید بگذرند تا به اطلاعات مورد نظر برسیم، مثل نوار کاست.

ب) دیسک مغناطیسی : دیسک‌های مغناطیسی صفحات گرد پلاستیکی، فلزی یا سرامیکی هستند که سطح آنها به وسیله ماده مغناطیس شونده مثل اکسید آهن پوشانیده می‌شود. اگر جنس دیسک مغناطیسی شده، پلاستیک باشد به آن دیسک نرم (Floppy Disk) و اگر فلز یا سرامیک باشند به آن دیسک سخت (Hard Disk) می‌گویند. دسترسی در این دیسک‌ها مستقیم است یعنی هر اطلاعاتی را که خواستیم بتوانیم آن را از روی سطح دیسک انتخاب کنیم. همانند دسترسی به تراک‌های یک MP۳. که سرعت اینگونه دسترسی بالاست.

۱-دیسک نرم (Floppy Disk) : این نوع دیسک‌ها قابل جابجایی است. امروزه اندازه استاندارد آن ۳٫۵ اینچ است. برای محافظت از آنها، دیسکت‌ها را در پوشش‌هایی به شکل مربع و از جنس پلاستیک سخت قرارمی دهند. اگر دکمه حفاظت در مقابل نوشتن بسته باشد می‌توان روی دیسک نوشت و اگر باز باشد این کار امکان‌پذیر نیست. ظرفیت معمولی این دیسک‌ها ۱٫۴۴MB است. نوع ۲٫۸۸MB آن هم وجود دارد اما متداول نیست. در دیسک گردان‌های ۱٫۴۴ نمی‌توان دیسک‌های ۲٫۸۸ را خواند، اما در دیسک گردان‌های ۲٫۸۸ می‌توان از دیسکت‌های ۱٫۴۴ استفاده کرد. دیسک گردان شکافی دارد که دیسک روی آن قرار می‌گیرد، سپس دیسک گردان، دیسک را با سرعت ۳۰۰ دور در دقیقه می‌چرخاند. ظرفیت دیسک‌های مغناطیسی به سطح مفید و چگالی داده‌ها بستگی دارد. نخستین دیسکت‌ها دارای چگالی مغناطیسی اندکی بوده‌اند که به اختصار به آنها SS-DD (یک رویه – چگالی مضاعف) می‌گفتند. چندی بعد کارخانه‌های سازنده، دیسک‌های دورویه (DS) را ساختند که پس از آن دیسک‌های ساخته شده به این مدل‌ها هستند:

علامت اختصاری توضیح ظرفیت

DS-DD دورویه – چگالی مضاعف ۷۲۰ KB

DS-HD دورویه – چگالی بالا ۱٫۴۴ MB

DS-ED دورویه – چگالی خیلی بالا ۲٫۸۸ MB

۲. دیسک سخت (Hard Disk) : دیسک سخت یا هارد دیسک از یک یا چند صفحه گرد، از جنس آلیاژهای آلومینیوم یا سرامیک تشکیل شده است که بر روی یک محور درون محفظه‌ای بسته (دیسک گردان) قرار دارند. این صفحه یا صفحه‌ها به وسیله موتوری، حول محور دیسک گردان با سرعتی در حدود چند هزار دور در دقیقه می‌چرخد. یک یا چند بازوی دسترسی، بسته به تعداد رویه دیسک، هد یا هدها را در امتداد شعاع به جلو و عقب می‌برد و به این ترتیب، اطلاعات روی هر شیار (TRACK) می‌تواند خوانده شود. گنجایش این دیسک‌ها بالاست.

فهرست مطالب:

حافظه اصلی

بلوک دیاگرام حافظه

ارتباط حافظه با پردازنده

نقشه آدرس حافظه

حافظه RAM

ساختار حافظه DRAM

حافظه SRAM

توصیف حافظه

نحوه آدرس دهی حافظه

استفاده از دو دیکدر

بافر سه حالته

حافظه خواندن/نوشتن

ساختن حافظه بزرگتر با چیپ های کم ظرفیت تر

مدل حافظه

حافظه ROM

اهمیت حافظه

تکنولوژی حافظه

اصل محلی بودن رجوع به حافظه

زمان دسترسی به حافظه

حافظه Cache

سلسله مراتب حافظه

Hit/Miss

درصد موفقیت

نحوه عملکرد Cache

تاثیر اندازه بلوک های Cache

حالت شروع

نگاشت

و...