หน่วยความจำหลัก

หน่วยความจำของคอมพิวเตอร์

• หน่วยความจำของคอมพิวเตอร์หน่วยความจำ ( Computer memory) คือ อุปกรณ์เก็บสถานะข้อมูลและชุดคำสั่ง เพื่อการประมวลผลของคอมพิวเตอร์หน่วยความจำแบ่งได้เป็นสองประเภทใหญ่ ๆ คือ หน่วยความจำถาวร และ หน่วยความจำชั่วคราว ตัวอย่างของหน่วยความจำถาวรก็เช่น หน่วยความจำแบบแฟลช และหน่วยความจำพวกรอม ตัวอย่างของหน่วยความจำชั่วคราวก็คือพวกหน่วยความจำหลัก เช่น DRAM (แรมชนิดที่นิยมใช้ในปัจจุบัน) และแคชของซีพียูซึ่งทำงานได้รวดเร็วมาก (ปกติเป็นแบบ SRAM ซึ่งเร็วกว่า กินไฟน้อยกว่า แต่มีความจุต่อพื้นที่น้อยกว่า DRAM
  หน่วยความจำหลัก
  หน่วยความจำหลัก มีหน้าที่เป็นแหล่งเก็บข้อมูลการทำงานของคอมพิวเตอร์ ซึ่งรวมทั้งตัวคำสั่งในโปรแกรมและข้อมูลต่างๆ ที่จะใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์ขณะกำลังทำงานอยู่ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้ 
  1. แรม (Random Access Memory : RAM) เป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลสำหรับใช้งานทั่วไป  การอ้างอิงตำแหน่งที่อยู่ของข้อมูลใดๆ เพื่อการเขียนและการอ่านจะกระทำแบบการเข้าถึงโดยสุ่มคือ เรียกไปที่ตำแหน่งที่อยู่ข้อมูลใดก็ได้ หน่วยความจำนี้เรียกว่า แรม หน่วยความจำประเภทนี้จะเก็บข้อมูลไว้ตราบเท่าที่มีกระแสไฟฟ้ายังจ่ายให้วงจร หากไฟฟ้าดับเมื่อใด ข้อมูลก็จะสูญหายทันที
            เครื่องพีซีคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันนี้ ถ้ามีหน่วยความจำแรมมากๆ จะทำให้สามารถใช้งานโปรแกรมที่มีขนาดใหญ่ๆ ได้ดีด้วย หน่วยความจำที่นิยมในปัจจุบันจะประมาณ 32, 64, 128, 256 เมกะไบต์ เป็นต้น
•      2.  รอม (Read Only Memory : ROM) เป็นหน่วยความจำอีกประเภทหนึ่งที่มีการอ้างอิงตำแหน่งที่อยู่ข้อมูลแบบเข้าถึง โดยสุ่มหน่วยความจำประเภทนี้มีไว้เพื่อบรรจุโปรแกรมสำคัญบางอย่าง เพื่อว่าเมื่อเปิดเครื่องมา ซีพียูจะเริ่มต้นทำงานได้ทันทีข้อมูลหรือโปรแกรมที่เก็บไว้ในรอมจะถูกบันทึกมาก่อนแล้ว ผู้ใช้สามารถอ่านข้อมูลได้ แต่ไม่สามารถเขียนข้อมูลใดๆ ลงไปได้ซึ่งข้อมูลหรือโปรแกรมที่อยู่ในรอมนี้จะอยู่อย่างถาวร แม้จะปิดเครื่องข้อมูลหรือโปรแกรมก็จะไม่ถูกลบไป
• 
•       ไมโครคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องอาจมีขนาดของหน่วยความจำหลักแตกต่างกันตามแต่ความต้องการ ปัจจุบันเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์มีหน่วยความจำที่มีความจุมากขึ้น เพื่อให้สามารถบรรจุโปรแกรมขนาดใหญ่ได้  
  ที่มา:  http://www.thaigoodview.com/library/contest2552/type2/tech03/32/p3-2.html
• หน่วยความจำแคช
   แคช (CACHE) คือ หน่วยความจำภายในชนิดหนึ่ง ซึ่งมีขนาดเล็ก  และมีความเร็วสูง  จากโครงสร้างหน่วยความจำของเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีการจัดโครงสร้างเป็นแบบลำดับชั้น  หน่วยความจำแคช (CACHE) เป็นลำดับชั้นที่อยู่ถัดลงมาจากลำดับชั้นสูงสุด  ซึ่งแคชหากมีหลายระดับ เรียกว่าแคช ระดับ L1,L2,…
      แคช มักถูกเชื่อมต่อเข้ากับหน่วยความจำหลักซึ่งมักถูกซ่อนเอาไว้จากผู้เขียนโปรแกรม  หรือแม้กระทั่งตัวโปรเซสเซอร์เอง  คือจะทำงานอัตโนมัติ  สั่งการให้ทำงานตามที่ต้องการโดยตรงไม่ได้  จึงเปรียบเสมือนบัฟเฟอร์เล็กๆ ระหว่างหน่วยความจำหลักกับรีจิสเตอร์ในโปรเซสเซอร์
  
• 2.ลักษณะพื้นฐานของหน่วยความจำแคช(Cache)
  หน่วยความจำแคชสร้างขึ้นมาด้วยวัตถุประสงค์เพื่อให้เป็นหน่วยความจำที่ทำงานได้เร็วที่สุด และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของหน่วยความจำหลักโดยตรง  ในเวลาเดียวกันก็ต้องการให้มีขนาดใหญ่ที่สุดในราคาที่ไม่แพงจนเกินไป   โดยรูปที่ 2  แสดงให้เห็นถึงความเร็วในเครื่องคอมพิวเตอร์มีหน่วยความจำหลักที่มีความเร็วต่ำ (เมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วของซีพียู)  ที่มีปริมาณมาก  และมีหน่วยความจำแคชที่เร็วกว่าแต่มีขนาดเล็ก 
•  
•       โดยปกติหน่วยความจำแคช จะเก็บสำเนาของข้อมูลบางส่วนในหน่วยความจำหลักเอาไว้  เมื่อโปรเซสเซอร์ต้องการอ่านข้อมูลจำนวนหนึ่ง word ในหน่วยความจำ  ข้อมูลส่วนนั้นจะถูกตรวจสอบว่ามีอยู่ในแคชหรือไม่ ถ้ามีจะนำข้อมูลในแคชไปใช้  ถ้าไม่มีอยู่  ก็จะเกิดการคัดลอกสำเนาข้อมูลหนึ่งบล็อกจากหน่วยความจำหลักมายังแคช แล้วจึงนำ word ที่ต้องการส่งต่อไปให้โปรเซสเซอร์ในภายหลัง  เนื่องจากปรากฏการณ์การอ้างอิงในพื้นที่เดียวกัน(locality of reference) จะทำให้การอ้างอิงข้อมูลในหน่วยความจำครั้งต่อๆไปเป็นการอ้างอิงที่เดิมหรือตำแหน่งใกล้เคียงจุดเดิม  ดังนั้นการคัดลอกข้อมูลหนึ่งบล็อกจากหน่วยความจำหลักมายังแคช จะสามารถถูกนำมาใช้งานได้ในระยะหนึ่ง  ก่อนที่จะมีการคัดลอกข้อมูลในครั้งต่อไป
•  
•       จากรูปแสดงขั้นตอนในกระบวนการอ่านต่างๆ ที่เกิดขึ้น  ซึ่งสะท้อนให้เห็นโครงสร้างของส่วนประกอบภายในดังนี้
       จากรูปโครงสร้างนี้แคชเชื่อมต่อกับโปรเซสเซอร์ผ่านสายสัญญาณข้อมูล  3 สาย  ได้แก่ สายบอกตำแหน่งที่อยู่  สายควบคุมการทำงาน  และสายสัญญาณข้อมูล  สายบอกตำแหน่งที่อยู่จะเชื่อมต่อเข้ากับบัฟเฟอร์  ซึ่งเชื่อมต่อเข้ากับสายบัสหลักของระบบที่นำไปสู่หน่วยความจำหลัก  เมื่อสามารถค้นพบข้อมูลที่ต้องการในแคช (เรียกว่า cache hit)  บัฟเฟอร์สำหรับข้อมูลและตำแหน่งข้อมูลจะถูกสั่งไม่ให้ทำงาน (disable)  และสื่อสารจะเกิดขึ้นระหว่างโปรเซสเซอร์กับแคช  โดยไม่มีการใช้บัสหลักด้วย  แต่ถ้าไม่สามารถหาข้อมูลที่ต้องการในแคชได้ (เรียกว่า cache miss)  ตำแหน่งข้อมูลที่ต้องการจะถูกส่งเข้าไปในบัสหลัก  ข้อมูลในหน่วยความจำหลักจะถูกส่งมาที่บัฟเฟอร์ โปรเซสเซอร์  และเข้าเก็บไว้ในแคชตามลำดับ  
• 
•  ที่มา:http://srb1.go.th/kowjumpa/computer/lesson3_3.html
•