موقع المهندس موقع المهندس بيت كل مهندس 
الذواكر الحاسوبية طبعاً، هنالك أقسام أخرى لن نأخذها حالياً بعين الاعتبار، مثل أدوات الدخل والخرج، لأنها تختلف بحسب نوع النظام الحاسوبي الذي نتعامل معه. للتوضيح أكثر، فإن الحواسيب الشخصية والحواسيب المحمولة تتميز بوجود أدوات دخل وخرج كلوحة المفاتيح والفأرة والشاشة والتي تتيح إمكانيات كبيرة من السهولة والمرونة للمستخدم أثناء تعامله معها، ولكن بعض النظم الحاسوبية الأخرى مثل المتحكمات الصغرية أو اللوحات الإلكترونية الذكية (لوحة الأردوينو، لوحة الراسبيري باي…الخ) لا تتميز بوجود مثل هكذا أنماط من أدوات الدخل والخرج، بل يتم التحكم فيها عبر أشكال معقدة أكثر بالنسبة للمستخدم التقليدي.
بكل الأحوال، فإن مقالنا هنا يهدف لتسليط الضوء على قسم تخزين البيانات وحفظها في النظم الحاسوبية المتنوعة، وذلك في حين أننا قمنا بتغطية قسم معالجة البيانات والمعطيات عبر مقالاتنا المختلفة التي تحدثنا فيها عن المعالجات الحاسوبية وأنواعها.
ضمن هذا المقال، سنستعرض بشيء من التفصيل مفهوم الذواكر الحاسوبية، ووحدات التخزين، وكيفية عملها، والدور الذي تلعبه في الأنظمة الحاسوبية، وسيكون التركيز الأكبر على مثال الحواسيب الشخصية، نظراً لكونها أكثر أنواع الأنظمة الحاسوبية انتشاراً، والتي يألفها ويتعامل معها الشريحة الأكبر من المستخدمين.
مفهوم الذواكر الحاسوبية Concept of Computer Memory
بشكلٍ أساسيّ، فإن مصطلح “الذاكرة” في علوم الحاسب يشير إلى أي جهاز أو قطعة إلكترونية تستخدم من أجل تخزين المعلومات والبيانات المختلفة الناتجة عن عمل النظام الحاسوبيّ. قسم معالجة البيانات (الذي يتمثل بالمعالج المركزيّ) يقوم باستقبال البيانات المختلفة الآتية إليه من وحدات الدخل، ومن ثم يقوم بمعالجة هذه البيانات وفقاً لما هو مطلوب. الآن يجب أن نميز أمرين مهمين:
يحتاج المعالج أثناء عمله لتخزين البيانات بشكلٍ مؤقت من أجل مراحل المعالجة اللاحقة
يحتاج المعالج بعد انتهائه من تنفيذ عملية المعالجة المطلوبة أن يقوم بتخزين نتيجة المعالجة النهائية
الحدثين السابقين يوضحان لنا أمراً هاماً: المعالج ومهما كان نوعه أو شكله أو قدراته، سيحتاج إلى مكانٍ ما كي يقوم بحفظ البيانات التي يتعامل معها، سواء أثناء عمله أو بعد انتهائه من عملية المعالجة المطلوبة. هذا “المكان” هو ما ندعوه بالذاكرة الحاسوبية. ولكن، ومن التوضيح البسيط السابق، فإننا نلاحظ أن المعالج يقوم بحفظ البيانات أثناء المعالجة، ويقوم بحفظ المعلومات بعد المعالجة، فهل هنالك أي اختلاف بين “المكان” الذي توضع فيه البيانات، أثناء المعالجة وبعد المعالجة؟
في الواقع نعم، وهذا الأمر هو ما يقودنا للفكرة الهامة التالية: التفريق بين مفهوم “الذواكر الحاسوبية Computer Memories” ومفهوم “وحدات التخزين Storage Devices”.
ففعلياً، الذاكرة في علوم الحاسب هي الجهاز أو القطعة الإلكترونية التي تستخدم من أجل تخزين البيانات والمعطيات الأكثر أهمية، وبسرعةٍ عالية، والتي يحتاجها المعالج بشكلٍ دوري ومتكرر لتنفيذ مهامه وعمله بأفضل شكلٍ ممكن. الأمثلة على الذواكر الحاسوبية هي: ذاكرة الوصول العشوائي RAM (بأنواعها المختلفة)، ذاكرة القراءة فقط ROM (بأنواعها المختلفة)، ذاكرة كاش Cash Memory.
بالنسبة لوحدات التخزين، فهي الأرشيف الذي يقوم المعالج بوضع المعلومات والبيانات فيه، وتتميز بوحدات التخزين بكونها أبطأ من الذواكر من حيث سرعة العمل وسرعة تبادل المعلومات والبيانات، فالمعلومات الموجودة فيها ليست على درجة عالية من الأهمية، وبالتالي لا يحتاج المعالج أن يقرأ التعليمات بشكلٍ متكررٍ ودوريّ منها، ولذلك ولأسباب اقتصادية، فإن تقنية تصنيع وحدات التخزين تعتمد جعلها بطيئة بما يساهم بتخفيض كلفتها مقارنةً مع كلفة تصنيع الذواكر الحاسوبية، التي تتطلب تقنياتٍ أعلى وأدق، أي كلفة أعلى. الأمثلة على وحدات التخزين: أقراص التخزين الصلبة Hard Disk Drives، الأقراص الليزرية CDs، أقراص البلوراي Blue-Ray، ذواكر فلاش USB Flash Memory، بطاقات التخزين الصغرية Micro-SD Cards.
هنالك نقطة هامة أخرى تتعلق بالفرق بين الذواكر ووحدات التخزين: نظراً لأن الذواكر الحاسوبية تتميز بكونها أسرع، وكونها تتضمن المعلومات الأكثر أهمية بالنسبة للمعالج كي يقوم بعمله بشكلٍ صحيح، فإن الذواكر تعرف أيضاً بـ “الذواكر الأساسية Main Memory” بينما وحدات التخزين تعرف بـ “الذواكر الثانوية Secondary Memory”.
إذاً، فيما يلي تعداد لأهم أنماط الذواكر ووحدات التخزين في الحاسوب:
الذواكر الأساسية Main Memory
ذاكرة الوصول العشوائي RAM: أنواعها الفرعية هي DRAM و SRAM
ذاكرة القراءة فقط ROM: وأنواعها هي PROM, EPROM, EEPROM
ذواكر كاش Cache: ولها ثلاثة مستويات تعرف بـ L1, L2, L3
الذواكر الثانوية Secondary Storage
أقراص التخزين الصلبة HDD: Hard Disk Drives
أجهزة الحالة الصلبة SSD: Solid State Devices
وحدات التخزين الليزرية الضوئية: مثل DVD, Blue-Ray, CD-ROM
ذواكر USB Flash
بطاقات التخزين الصغرية Micro-SD Cards
خاصية “التطاير Volatility”
هل تستطيع الذواكر الحفاظ على المعلومات المخزنة فيها بشكلٍ دائم أم مؤقت؟ هذا الأمر يعود لتقنية تصنيع الذاكرة نفسها وكيفية عملها. ذاكرة الوصول العشوائي RAM على سبيل المثال تتصف بأنها ذاكرة “متطايرة Volatile” وهذا يعني أنها لا تحفظ المعلومات إلا بحالة وجود تغذية كهربائية، وفي حال انقطاع التغذية الكهربائية عنها فإن كافة المعلومات الموجودة فيها ستفقد. الأمر أيضاً ينطبق على ذواكر كاش، فهذه الذواكر جميعها مصممة كي تخزن أهم المعلومات التي يحتاجها المعالج بشكلٍ دوريّ ومتكرر، وهي أسرع من أي نمط آخر من الذواكر الموجودة في الحاسوب.
على صعيدٍ آخر، فإن وحدات التخزين مثل الأقراص الصلبة، أو حتى ذاكرة القراءة فقط ROM (والتي هي أحد مكونات الذاكرة الأساسية في الحاسوب) تصمم بطريقةٍ تجعلها قادرة على حفظ المعلومات بشكلٍ دائم حتى لو انقطعت التغذية الكهربائية عنها. ذاكرة ROM تحفظ المعلومات الأساسية التي يحتاجها الحاسوب من أجل التشغيل والإقلاع، بينما تقوم وحدات التخزين بتخزين كافة المعلومات والبرامج التي يحتاجها الحاسوب، بدءاً من نظام التشغيل نفسه وصولاً لأي برنامج أو ملف أو أغنية أو صورة يقوم المستخدم بتنصيبها وتحميلها على الحاسوب.
بالطبع، فإن عمل النظام الحاسوبي ككل يتطلب وجود الذواكر ووحدات التخزين، فكل نمط معلومات وبيانات يتم حفظه بمكانٍ خاص طبعاً لنوع وطبيعة المعلومة. هذا يعني أن عمل الحاسوب هو نتيجة عمل فريق يتكون من:
