ما هي الذاكرة في الحاسوب (Memory) وأنواع ذاكرة الحاسوب

ما هي الذاكرة في الحاسوب

الذاكرة في الحاسوب (Computer Memory) هي مساحة التخزين الإلكترونية التي يحتفظ فيها الكمبيوتر بالتعليمات والبيانات التي يحتاج للوصول إليها بسرعة. إنها المكان الذي يتم فيه تخزين المعلومات للاستخدام الفوري. تعتبر الذاكرة مكونًا مهمًا في الكمبيوتر، فبدونها لن يعمل النظام بشكل صحيح. نظام تشغيل الكمبيوتر (OS) والأجهزة والبرامج كلها تعتمد على الذاكرة لتعمل بشكل صحيح.

تُعد الذاكرة أحد أهم المكونات الأساسية في أي جهاز حاسوب، ويمكن تقسيمها بشكل أساسي إلى فئتين رئيسيتين بناءً على وظيفتها وسرعتها: الذاكرة الرئيسية (Primary Memory) والذاكرة الثانوية (Secondary Memory).

وتشير الذاكرة إلى المكونات الإلكترونية التي تستخدمها الحواسيب لتخزين البيانات والتعليمات التي يمكن للمعالج الوصول إليها بسرعة. إنها تتيح لك تخزين واسترجاع المعلومات لمهام الحوسبة المختلفة.

تعمل ذاكرة الكمبيوتر بشكل مشابه للدماغ البشري، حيث تقوم بتخزين البيانات والمعلومات والتعليمات. فهي تعمل كوحدة تخزين أو جهاز يتم الاحتفاظ فيه بالبيانات التي ستتم معالجتها والتعليمات اللازمة لعمليات المعالجة. يمكن تخزين كل من البيانات المدخلة والمخرجة في الذاكرة.

تخزن ذاكرة الكمبيوتر البيانات والتعليمات اللازمة أثناء معالجة البيانات والنتائج الناتجة. قد تكون الحاجة للتخزين لفترة محدودة من الزمن، أو على الفور، أو لفترة زمنية ممتدة. هناك أنواع مختلفة من الذاكرة، كل واحدة لها ميزاتها الفريدة، متاحة للاستخدام في الكمبيوتر.

ذاكرة التخزين المؤقت، والسجلات، وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) هي ذاكرات سريعة وتخزن البيانات والتعليمات مؤقتًا أثناء معالجة البيانات والتعليمات. أما الذاكرة الثانوية مثل الأقراص المغناطيسية والأقراص البصرية فلديها سعات تخزينية كبيرة وتخزن البيانات والتعليمات بشكل دائم، لكنها أجهزة ذاكرة بطيئة.

ما هي الأنواع المختلفة لذاكرة الحاسوب؟

هناك عدة أنواع من ذاكرة الكمبيوتر، بما في ذلك ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، والذاكرة للقراءة فقط (ROM)، وذاكرة التخزين المؤقت، والذاكرة الافتراضية، وأنواع مختلفة من أجهزة التخزين الثانوية مثل الأقراص الصلبة (HDDs) وأقراص الحالة الصلبة (SSDs). والذاكرة الاساسية.

1. الذاكرة الرئيسية (Primary Memory)

الذاكرة الأساسية (Primary Memory)، وتُعرف أيضاً بـ الذاكرة الرئيسية (Main Memory)، هي الجزء من الحاسوب الذي يمكن للمعالج (CPU) الوصول إليه مباشرة وبسرعة فائقة. تُستخدم هذه الذاكرة لتخزين البيانات والتعليمات التي يحتاجها المعالج "الآن" أثناء تشغيل البرامج.

التخزين الأساسي أو الذاكرة يُعرف أيضًا بالذاكرة الرئيسية، وهي الجزء من الكمبيوتر الذي يخزن البيانات الحالية والبرامج والتعليمات. يتم تخزين التخزين الأساسي في اللوحة الأم، مما يسمح بقراءة وكتابة البيانات من وإلى التخزين الأساسي بسرعة جيدة جدًا.

الذاكرة الأساسية، في سياق علم الحاسوب، تشير إلى الذاكرة التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول إليها مباشرة. وتشمل سجلات وحدة المعالجة المركزية، وذاكرة التخزين المؤقت، وذاكرة الوصول العشوائي (RAM). الذاكرة الأساسية متقلبة ويمكن قراءة البيانات منها وكتابتها فيها باستخدام عناوين فريدة لكل موقع ذاكرة.

تتميز الذاكرة الأساسية بكونها أسرع بكثير من وسائط التخزين الثانوية (مثل SSD أو HDD)، ولكنها عادةً ما تكون ذات سعة أقل وتكلفة أعلى.

من أجل تعزيز كفاءة النظام، يتم تنظيم الذاكرة بطريقة تقلل من زمن الوصول للعملية الجاهزة. ويتم اتباع النهج التالي لتقليل زمن الوصول للعملية الجاهزة.

• يتم تخزين جميع البرامج والملفات والبيانات في الذاكرة الثانوية التي تكون أكبر وبالتالي لها وقت وصول أطول. 
• لا يمكن للذاكرة الثانوية أن تُ accessed مباشرة بواسطة وحدة المعالجة المركزية أو المعالج. من أجل تنفيذ أي عملية، يقوم نظام التشغيل بتحميل العملية في الذاكرة الأساسية التي تكون أصغر ويمكن الوصول إليها مباشرة بواسطة وحدة المعالجة المركزية. 
• بما أن العمليات التي يتم تحميلها في الذاكرة الأساسية هي فقط العمليات الجاهزة للتنفيذ، يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول إلى هذه العمليات بكفاءة، وهذا يحسن أداء النظام.

• الذاكرة العشوائية (RAM - Random Access Memory)

- انواع الذاكرة العشوائية 

يمكن تصنيف ذاكرة الوصول العشوائي بشكل عام إلى ذاكرة SRAM (الذاكرة الثابتة) وذاكرة DRAM (الذاكرة الديناميكية) وذلك بناءً على سلوكها. وهذا شرح عن انواع الذاكرة العشوائية:

1. الذاكرة الديناميكية (DRAM): النوع الشائع المستخدم في أجهزة الكمبيوتر الشخصية. يستخدم هذا النوع كذاكرة رئيسية، حيث يحتفظ بالمعلومات في المكثفات لفترة قصيرة (عدة ميلي ثانية) حتى مع تشغيل الكمبيوتر. يتم تحديث البيانات بشكل دوري للحفاظ عليها. ذاكرة DRAM أرخص، لكنها تستطيع تخزين معلومات أكثر بكثير. علاوة على ذلك، فهي أبطأ وتستهلك طاقة أقل من ذاكرة SRAM.

ذاكرة DRAM: الذاكرة الديناميكية أو DRAM تحتاج إلى التحديث بشكل دوري كل عدة ميلي ثانية للحفاظ على البيانات. تتكون ذاكرة ديناميكية من مكثفات وترانزستورات، وتسرِّب الشحنة الكهربائية من المكثفات، لذا يجب شحن DRAM بشكل دوري. تُستخدم ذاكرة DRAM على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر المنزلية والخوادم لأنها أرخص من SRAM. 

يستخدم هذا النوع ترانزستورًا واحدًا ومكثفًا واحدًا لكل خلية. جميع أجهزة الكمبيوتر تحتاج إلى ذاكرة DRAM لتعمل بفعالية. كانت ذاكرة DRAM القديمة تسمى معدل البيانات الفردي (SDR)، بينما توفر النسخ الأحدث مثل DDR2 وDDR3 وDDR4 وDDR5 أداءً أعلى وكفاءة أفضل في استهلاك الطاقة. أنواع DRAM المختلفة غير متوافقة، لذلك يدعم النظام جيلاً واحدًا فقط من DRAM في كل مرة.

2. الذاكرة الثابتة (SRAM): أسرع وأغلى، وتستخدم غالباً كذاكرة مخبئية (Cache).  الذاكرة العشوائية الثابتة (Static RAM)هي شكل من أشكال الذاكرة العشوائية وتُصنع باستخدام الفليب فلوب وتُستخدم للتخزين الأساسي وهي متطايرة. تحتفظ بالبيانات في اللاتش طالما أن الكمبيوتر متصل بالطاقة. تعتبر SRAM أكثر تكلفة وتستهلك طاقة أكثر من DRAM. تُستخدم كذاكرة تخزين مؤقتة (Cache Memory) في نظام الكمبيوتر. من الناحية التقنية، تستخدم SRAM عددًا أكبر من الترانزستورات مقارنة بـ DRAM. وهي أسرع مقارنة بـ DRAM بسبب ترتيب اللاتش، وتستخدم 6 ترانزستورات لكل بت من البيانات مقارنة بـ DRAM التي تستخدم ترانزستورًا واحدًا لكل بت.

ذاكرة SRAM: الذاكرة الثابتة أو SRAM تحتفظ بالبيانات طالما كان هناك طاقة موفرة للنظام. تستخدم SRAM دوائر متسلسلة مثل الفليب فلوب لتخزين البت، وبالتالي لا تحتاج إلى التحديث الدوري. SRAM مكلفة، ولذلك تُستخدم فقط حيث تكون السرعة هي الأولوية القصوى.

الـ SRAM أسرع من الـ DRAM ولكنه أغلى بكثير وأكبر حجماً، وعادةً ما يستخدم ستة ترانزستورات لكل خلية. لذلك يتم استخدامه بكميات صغيرة، تقريباً دائماً كذاكرات مؤقتة بين الذاكرة الرئيسية والمعالج لتقليل الفجوة في الأداء. أسرع تطبيقات SRAM تكون مدمجة داخل نواة المعالج وتعمل بسرعات مماثلة للقضاء على التأخير.

تسمى ساكنة لأنها لا تحتاج إلى عملية "تحديث" (Refresh) مستمرة للحفاظ على البيانات طالما أن التيار الكهربائي متصل. في المقابل، الذاكرة العادية (DRAM) تحتاج لإعادة شحن خلاياها آلاف المرات في الثانية، وهذا هو السر وراء سرعة SRAM الكبيرة.

• ذاكرة القراءة فقط (ROM - Read Only Memory)

ذاكرة ROM (الذاكرة للقراءة فقط) هي نوع من ذاكرة الكمبيوتر التي تخزن البيانات والتعليمات الدائمة لبدء تشغيل الجهاز. تعرف على الأنواع المختلفة لذاكرة ROM واستخداماتها في أنظمة الكمبيوتر. احصل على فهم كامل لذاكرة ROM.

يُسمى ROM لأنه لا يمكن تعديل البيانات المخزنة فيه بالوسائل العادية. مثل RAM، فإن ROM سريع وعادة ما يكون موجودًا بالقرب من وحدة المعالجة المركزية، ولكن على عكس RAM فهو غير متطاير ويحتفظ بالبيانات عند إزالة الطاقة. عند التشغيل أو الإقلاع، تقوم وحدة المعالجة المركزية أولاً بقراءة التعليمات من ROM، التي عادةً ما تحتوي على رمز الإقلاع المطلوب لبدء تشغيل نظام التشغيل من التخزين الثانوي.

تُعتبر ذاكرة القراءة فقط (ROM - Read Only Memory) أحد الركائز الأساسية في جهاز الحاسوب، وهي المسؤولة عن "إحياء" الجهاز عند الضغط على زر التشغيل. على عكس الذاكرة العشوائية (RAM)، فإن هذه الذاكرة تحتفظ بالبيانات المخزنة فيها بشكل دائم.

يتم تخزين أي بيانات لا تحتاج إلى تعديل في ذاكرة القراءة فقط (ROM). تشمل ذاكرة القراءة فقط تلك البرامج التي تعمل عند إقلاع النظام (المعروفة ببرنامج التمهيد الذي يهيئ نظام التشغيل) بالإضافة إلى البيانات مثل الخوارزميات المطلوبة بواسطة نظام التشغيل. أي شيء مخزن في ذاكرة القراءة فقط لا يمكن تعديله أو تغييره.

الذاكرة ROM هي الذاكرة الداخلية طويلة المدى. ROM هي "ذاكرة غير متطايرة" تحتفظ بالبيانات دون الحاجة لتدفق الكهرباء. تعتبر ROM شريحة أساسية تحتوي على بيانات أو برامج مكتوبة بشكل دائم. إنها مشابهة للذاكرة RAM التي يصل إليها وحدة المعالجة المركزية. تأتي ROM مكتوبة مسبقًا بواسطة مصنع الكمبيوتر لتحتوي على التعليمات اللازمة لتشغيل الكمبيوتر.

 تحتوي ذاكرو ROM على التعليمات الأساسية اللازمة لتشغيل الحاسوب (مثل نظام BIOS). غير متطايرة (Non-volatile)، تحتفظ بالبيانات حتى بعد انقطاع الكهرباء. لا يمكن للمستخدم العادي الكتابة عليها بسهولة.

يمكن تصنيف ذاكرة ROM بشكل عام إلى 4 أنواع بناءً على سلوكها:

1. MROM: الذاكرة ROM المقنعة هي ذاكرة مبرمجة مسبقًا وموصولة بأسلاك ثابتة. أي محتوى يُكتب مرة واحدة لا يمكن تغييره بأي شكل من الأشكال.
2. PROM: الذاكرة ROM القابلة للبرمجة يمكن تعديلها مرة واحدة بواسطة المستخدم. يشتري المستخدم PROM فارغة ويكتب المحتوى المطلوب، ولكن بعد كتابة المحتوى لا يمكن تغييره.
3. EPROM: الذاكرة ROM القابلة للمسح والبرمجة يمكن تغيير محتواها بمسح المحتوى الأصلي، ويتم ذلك عن طريق تعريض EPROM للأشعة فوق البنفسجية. هذا التعرض للضوء فوق البنفسجي يزيل الشحنة على ROM ويمكن إعادة كتابة المحتوى عليها.
4. EEPROM: الذاكرة ROM القابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا يمكن تغيير محتواها بمسح المحتوى الأصلي، ويمكن مسحها كهربائيًا بسهولة. ومع ذلك، يمكن مسح بايت واحد في كل مرة بدلًا من الحذف دفعة واحدة. لذلك، إعادة برمجة EEPROM هي عملية بطيئة.

 2. ذاكرة الكاش (Cache Memory)

ذاكرة التخزين المؤقت. منطقة التخزين المؤقتة، المعروفة باسم الكاش، متاحة للمعالج أكثر من ذاكرة الكمبيوتر الرئيسية. وتُسمى أيضًا ذاكرة وحدة المعالجة المركزية لأنها عادةً ما تكون مدمجة في شريحة وحدة المعالجة المركزية أو موضوعة على شريحة منفصلة تتصل بوحدة المعالجة عبر ناقل. 

هي ذاكرة صغيرة جداً ولكنها فائقة السرعة، توجد عادةً داخل المعالج نفسه أو بالقرب منه جداً. هدفها: تقليل الوقت الذي يستغرقه المعالج للوصول إلى البيانات من الذاكرة العشوائية (RAM) عبر تخزين البيانات الأكثر استخداماً.

الوظيفة الرئيسية لذاكرة التخزين المؤقت هي تقليل متوسط الوقت المطلوب لاسترجاع البيانات من الذاكرة الرئيسية. تعتمد فعالية الذاكرة المؤقتة على مبدأ الموضع المرجعي، حيث من المرجح الوصول إلى العناصر التي تم الوصول إليها مؤخراً أو العناصر القريبة مرة أخرى. تقوم ذاكرة التخزين المؤقت بتخزين البيانات بالقرب من وحدة المعالجة المركزية، مما يساعد على تسريع معالجة البيانات.

فهي أسرع بكثير من الذاكرة الرئيسية (RAM). عندما تحتاج وحدة المعالجة المركزية إلى بيانات، تتحقق أولاً من الذاكرة المؤقتة. إذا كانت البيانات موجودة، يتم الوصول إليها بسرعة. أما إذا لم تكن موجودة، فإن وحدة المعالجة المركزية تسترجعها من الذاكرة الرئيسية الأبطأ.

تعمل ذاكرة التخزين المخبئي كجسر عالي السرعة بين وحدة المعالجة المركزية (CPU) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، حيث تقوم بتخزين البيانات المستخدمة بشكل متكرر بالقرب من وحدة المعالجة المركزية. يتيح هذا القرب لوحدة المعالجة الوصول إلى البيانات بسرعة أكبر، مما يقلل الحاجة إلى جلب المعلومات من الذاكرة الرئيسية البطيئة. من خلال تقليل أوقات الانتظار، تعزز ذاكرة التخزين المخبئي بشكل كبير كفاءة وحدة المعالجة وأداء النظام العام.

• السرعة: أسرع من الذاكرة الرئيسية (RAM)، مما يساعد وحدة المعالجة على استرجاع البيانات بسرعة أكبر.
• القرب: تقع بالقرب جدًا من وحدة المعالجة، غالبًا على شريحة وحدة المعالجة نفسها، مما يقلل زمن الوصول إلى البيانات.
• الوظيفة: تخزن مؤقتًا البيانات والتعليمات التي من المرجح أن تستخدمها وحدة المعالجة مرة أخرى قريبًا، مما يقلل الحاجة للوصول إلى الذاكرة الرئيسية البطيئة.

رغم صغر حجمها (بضعة ميجابايتات)، إلا أنها تعتبر جزءاً من نظام الذاكرة الرئيسية فائق السرعة.مهمتها: تخزين البيانات "الأكثر استخداماً" من قبل المعالج لتقليل زمن الوصول إليها من الـ RAM. مكانها: توجد داخل شريحة المعالج (CPU) وتُقسم لمستويات (L1, L2, L3).

3. الذاكرة الثانوية (Secondary Memory)

تُعرف الذاكرة الثانوية (Secondary Memory) بأنها "المخزن الدائم" لجهاز الحاسوب. فبينما تقوم الذاكرة الأساسية (RAM) بالتعامل مع المهام اللحظية، تتولى الذاكرة الثانوية الاحتفاظ بكل شيء آخر (نظام التشغيل، البرامج، الصور، الفيديوهات، والملفات) حتى بعد إغلاق الجهاز.+

يعرف أيضًا بالذاكرة المساعدة وذاكرة النسخ الاحتياطي. هي ذاكرة غير متطايرة وتُستخدم لتخزين كمية كبيرة من البيانات أو المعلومات. البيانات أو المعلومات المخزنة في الذاكرة الثانوية دائمة، وهي أبطأ من الذاكرة الرئيسية. لا يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول مباشرة إلى الذاكرة الثانوية. يتم أولاً نقل البيانات/المعلومات من الذاكرة المساعدة إلى الذاكرة الرئيسية، ثم يمكن لوحدة المعالجة المركزية الوصول إليها.

الذاكرة الثانوية، والمعروفة أيضًا بالتخزين الثانوي، تشير إلى أجهزة وأنظمة التخزين المستخدمة لتخزين البيانات بشكل دائم، حتى عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر. على عكس الذاكرة الأولية (RAM)، التي تكون سريعة ومؤقتة، فإن الذاكرة الثانوية أبطأ لكنها توفر سعات تخزين أكبر بكثير.

بعض أمثلة الذاكرة الثانوية تشمل الأقراص الصلبة (HDDs)، ومحركات الحالة الصلبة (SSDs)، والأقراص الضوئية (CDs/DVDs)، وأجهزة التخزين الخارجية مثل محركات USB. وبطاقات الذاكرة (SD Cards).

• الأقراص الصلبة (HDD): تعتمد على أقراص مغناطيسية دوارة، توفر سعات تخزين كبيرة بسعر رخيص. تُعد أقراص HDD (اختصار لـ Hard Disk Drive) أو "الأقراص الصلبة" هي وسيلة التخزين التقليدية والأكثر شيوعاً في الحواسيب منذ عقود. تعتمد هذه التقنية على الميكانيكا والمغنطة لتخزين البيانات.
• 
  
• أقراص الحالة الثابتة (SSD): أسرع بكثير من HDD، لا تحتوي على أجزاء متحركة، وهي الخيار الأفضل لتسريع أداء الجهاز حالياً. يعتمد الـ SSD على تقنية تُسمى NAND Flash Memory (وهي نفس التقنية المستخدمة في الفلاش ميموري لكنها أكثر تطوراً وسرعة). يتم تخزين البيانات في خلايا إلكترونية، ويتحكم بها "متحرك" (Controller) يعمل كعقل مدبر لتنظيم قراءة وكتابة البيانات بسرعة البرق.
• 
  
• DVD Drive : تعني عرض الفيديو الرقمي. الـ DVD هي أجهزة بصرية يمكنها تخزين 15 ضعف البيانات التي تحتويها الأقراص المدمجة (CDs). تُستخدم عادة لتخزين ملفات الوسائط المتعددة الغنية التي تحتاج إلى قدرة تخزين عالية. تأتي أقراص DVD أيضًا في ثلاثة أنواع: للقراءة فقط، قابلة للتسجيل، وقابلة لإعادة الكتابة.
• 
  
• CD Drive:  تعني القرص المضغوط. الأقراص المضغوطة هي أقراص دائرية تستخدم الأشعة الضوئية، عادة الليزر، لقراءة وكتابة البيانات. هي رخيصة جداً حيث يمكنك الحصول على مساحة تخزين تبلغ 700 ميجابايت بأقل من دولار واحد. يتم إدخال الأقراص المضغوطة في محركات الأقراص المدمجة المدمجة في هيكل وحدة المعالجة المركزية.

• تُعد بطاقات الذاكرة (SD Cards)، واختصاراً لـ Secure Digital Cards، نوعاً من أنواع الذاكرة الثانوية القائمة على تكنولوجيا Flash Memory. صُممت هذه البطاقات لتوفير تخزين محمول، صغير الحجم، وغير متطاير (يحفظ البيانات بدون كهرباء) للأجهزة المحمولة.

تعد هذه الأجهزة ضرورية لتخزين البيانات على المدى الطويل واسترجاعها، حيث توفر وسيلة لتخزين أنظمة التشغيل والتطبيقات والملفات الشخصية، مما يضمن بقاء البيانات سليمة حتى بعد إيقاف تشغيل النظام.

تُستخدم الذاكرة الثانوية لأغراض مختلفة، لكن الأغراض الرئيسية لاستخدام الذاكرة الثانوية هي:

• التخزين الدائم: كما نعلم أن الذاكرة الأساسية تخزن البيانات فقط عندما يكون مصدر الطاقة قيد التشغيل، فإنها تفقد البيانات عند انقطاع الكهرباء. لذلك نحتاج إلى الذاكرة الثانوية لتخزين البيانات بشكل دائم، حتى عند انقطاع التيار الكهربائي.
• التخزين الكبير: توفر الذاكرة الثانوية مساحة تخزين كبيرة بحيث يمكننا تخزين بيانات كبيرة مثل الفيديوهات والصور والصوتيات والملفات وغيرها بشكل دائم.
• قابلية النقل: بعض أجهزة الذاكرة الثانوية قابلة للإزالة. لذلك يمكننا بسهولة تخزين البيانات أو نقلها من جهاز كمبيوتر أو جهاز آخر إلى آخر.