با روشی که سیستم کامپیوتری اطلاعات را از هارد دیسک می‌خواند آشنایی دارید؟ هر چه سرعت خواندن اطلاعات بیشتر باشد، سیستم کامپیوتری شما قوی تر خواهد بود و اینجاست که اهمیت NVM آشکار می‌شود. مهمترین وظیفه یک سیستم کامپیوتری پردازش اطلاعات است. یعنی اطلاعات را می‌خواند و سپس پردازش می‌کند و به صورت مرتب شده نمایش می‌دهد. در این میان چون سرعت CPU زیاد است و سرعت هارد دیسک ها پایین، حافظه RAM جهت مبادله اطلاعات از هارد دیسک به CPU به عنوان رابط عمل می‌کند تا از سرعت پردازش کارها کم نشود و سیستم وارد بن بست نگردد.
NVM چیست و چرا مهم است؟
NVM به انگلیسی Non-volatile memory که به فارسی حافظه غیر فرار ترجمه شده است. تکنولوژی جدید حافظه کامپیوتری است که می تواند اطلاعات ذخیره شده را حتی پس از قطع برق حفظ کند. در مقابل volatile memory یا حافظه فرار به منظور حفظ داده ها به جریان مداوم برق نیاز دارند. مثال های مختلف که از حافظه NVM می‌توان اشاره نمود، فلش مموری، حافظه فقط خواندنی ROM، حافظه های دائمی با قابلیت برنامه ریزی مجدد یا FRAM، اکثر دیسک های مغناطیسی ذخیره داده ها مثل هارد دیسک ها، دیسک های نوری و تکنولوژی جدی نظیر متد paper tape و punched cards را می‌توان نام برد.
انواع حافظه های NVM
حافظه RAM
حافظه های NVM معمولا به ذخیره سازی داده ها در حافظه های نیم رسانا مثل RAM که خاصیت دسترسی تصادفی را دارند اشاره می‌کند. حافظه NVM به طور معمول برای کار در ذخیره سازی ثانویه یا ذخیره سازی طولانی مدت استفاده می شود. امروزه بیشتر حافظه های اصلی مانند حافظه RAM عمل می‌کنند به این معنی که پس از قطع جریان برق اطلاعات از بین می‌روند که استفاده از حافظه های فرار یا به اصطلاح غیر NVM را نامناسب کرده است. به طور معمول ، حافظه NVM هزینه بیشتری دارد ، عملکرد کمتری را ارائه می دهد و در مقایسه با حافظه RAM ، عمر محدودی دارد.
یک استفاده معمول برای حافظه NVM ، نگه داشتن دستورالعمل هایی است که برای اولین بار هنگام روشن شدن رایانه اجرا می شوند از این دستورالعمل ها به عنوان کد راه اندازی یاد می شود. وقتی کامپیوتر برای اولین بار روشن می شود ، RAM “خالی” است، یعنی دارای بیت های تصادفی است. رایانه کد راه اندازی را از حافظه NVM اجرا می کند و سپس دسترسی های برنامه و اطلاعات مورد نیاز برای اجرای برنامه ها را در حافظه RAM بارگذاری می‌کند.
حافظه فلش NAND
چندین NVM در سال های اخیر ظهور کرده است. در میان این حافظه ها ، مشهورترین حافظه فلش NAND است که استفاده از آن به روشی نمایی و انفجاری منجر شده است. این حافظه امکان بستن شکاف عملکردی بین حافظه اصلی و حافظه ثانویه را تا حدی ممکن کرده است.
برجی دیگر از حافظه های NVM
در سال های اخیر چندین NVM نوظهور مورد مطالعه قرار گرفته است. از جمله :
- حافظه PCM یا محل ذخیره مبتنی بر کریستال
- حافظه مقاومتیReRAM
- حافظه های دائمی با قابلیت برنامه ریزی مجدد یا FRAM
- حافظه مقاومتی مغناطیسی MRAM
همه این حافظه ها دارای ویژگی های جالبی هستند که به آنها اجازه می دهد تا در هرم سلسله مراتب حافظه در نظر گرفته شوند. با این حال ، همه آنها به همان مرحله بلوغ نرسیده اند ، همانطور که در ادامه شرح داده خواهد شد. مشخصات این NVM ها با توجه به آخرین مطالعات در زیر شرح داده شده است.
مباحث پیشرفته در خصوص NVM
حافظه غیر فرار به جای اینکه در فضای آدرس درایو باشد ، به عنوان حافظه پنهان درایو استفاده می شود. اصلی ترین ویژگی برجسته رابط پیشنهادی ، تعریف یک مجموعه پین شده حافظه پنهان NVM است. سیستم میزبان می تواند مجموعه ای از LAB ها را که باید در حافظه پنهان پین شوند به درایو هیبریدی – حافظه ای که از ترکیب یک واسطه حافظه سریع مانند SSD با یک درایو HDD ساخته می شوند. بخش SSD به عنوان حافظه کش cache برای اطلاعات ذخیره شده در HDD عمل می کند و یک کپی از داده های پرکاربرد جهت دسترسی سریع تر روی SSD ذخیره می شوند– مشخص کند.
از دستور “افزودن LBA به مجموعه پین شده” برای افزودن طیف جدید LBA به مجموعه استفاده می شود و یک دستور همراه “حذف LBA ها از مجموعه پین شده” برای برداشتن طیف وسیعی از LBA است. فضاهای باقیمانده در حافظه NVM توسط درایو برای نوشتن حافظه پنهان یا سایر مصارف داخلی استفاده می شوند.
حافظه NVM در مقابل حافظه فرار
همانطور که می بینیم، حافظه NVM و حافظه فرار با تعاریف خود تفاوت های اساسی دارند. در ابتدا ممکن است به نظر برسد که هیچ کس حافظه فرار را بر حافظه غیر فرار ترجیح نمی دهد زیرا داده ها مهم هستند و جریان برق نامطمئن است. با این وجود، چند دلیل وجود دارد که هر دو نوع حافظه مورد استفاده قرار می گیرند و همچنان استفاده خواهند شد.
اولین و مهمترین، حافظه فرار معمولاً سریعتر از حافظه غیر فرار است، بنابراین معمولاً هنگام کار بر روی داده ها، انجام آن بر روی حافظه فرار سریعتر است. و از آنجایی که در حین کار یا پردازش داده ها ، برق به هر حال در دسترس است ، نگرانی از نظر قطعی جریان نخواهیم داشت.
از آنجایی که ذاتاً حافظه فرار داده ها را از دست می دهد، مکانیزم نگهداری داده ها در حافظه فرار حفظ طراوت مطالب داده ها است. منظور ما از تازه کردن ، خواندن داده ها و نوشتن مجدد آنها در چرخه است. از آنجا که تازه سازی حافظه توان قابل توجهی مصرف می کند ، نمی تواند جایگزین حافظه غیر فرار برای اهداف عملی شود.
با این وجود درباره تکنولوژی حافظه های NVM در آینده بیشتر خواهیم شنید و کاربردهای زیادی را نمایش خواهد داد.
در بحث پیرامون این مقاله شرکت کنید!