الذاكرة وكيفية كتابة المعلومات عليها

كيفية كتابة المعلومة في الذاكرة

لا يمكننا أن نتخيل أن حرف ( ش ) مثلا موجود في الذاكرة على هذا الشكل ( يعني شكل ش ) فالذاكرة هي مكون إلكتروني يتعامل بالكهرباء لا يمكننا رسم حرف عليه ولكن يمكننا كتابة 1 (واحد) أو 0 (صفر). فوجود الكهرباء تمثل الرقم 1 و عدم وجود الكهرباء تمثل الرقم 0. إذن يمكننا استعمال الصفر و الواحد من أجل كتابة كل المعلومات الأخرى يكفي فقط تشفيرها.

إذن كل المعلومات وكل الأوامر التي ينفذها الميكروبروسيسور مكتوبة بالأرقام 0 و 1.

• الأرقام والنصوص والصوت والموسيقى والصور والأفلام كلها مشفرة بالرقمين 0 و 1.
• عند كتابة حرف على لوحة المفاتيح، يستقبل الجهاز من لوحة المفاتيح 8 أرقام مكونة من 0 و 1،
• الصورة تتحول إلى سلسلة من النقاط وكل نقطة مشفرة بمجموعة أرقام من 0 و 1،
• نفس الشيء بالنسبة للصوت أو الفيديو أو غيرها من أنواع المعلومات.
• البرامج (سلسلة من الأوامر) كلها مكتوبة بواسطة الشفرة 0 و 1 في ذاكرة الكمبيوتر.

في الفيديو الموالي شرح لماذا لا يمكننا نقل المعطيات داخل الكمبيوتر بواسطة سلك واحد فقط وما هو العدد الكافي لنقل هذه المعلومات:

إذا لم تشاهد الفيديو السابق لا تقرأ هذه الفقرة. يمكننا أن نطلق على السلك الواحد تسمية ( BIT ) حيث يمكنه نقل فقط 0 أو 1 أما المجموعة المتكونةمن 8 أسلاك والتي يمكنها نقل حرف فنطلق عليها حرف أو caractère أو Octet. نفس التسمية نجدها في الذاكرة فإن أصغر جزء فيها يسمى ( BIT ) يمكنه تخزين 0 أو 1 أما Octet فهو مكون من 8 BIT ويمكنه تخزين حرفا واحدا ويعتبر وحدة قياس سعة الذاكرة ( يعني الذاكرة تقاس بعدد الأحرف Octets التي يمكنها تخزينها ).

في الصورة الموالية مثال على تشفير الأحرف بالأرقام 0 و 1

BIT

الخانة الأساسية في الذاكرة ( أصغر مكان في الذاكرة ) تسمى الـ BIT. في هذه الخامة أو في هذا المكان من الذاكرة لا يمكننا الإحتفاظ إلى بالرقم 0 (صفر) أو 1 (واحد).

Octet

حتى نكتب حرفا أو رقما لا بد من أن نكتب 8 bit كما هو موضح في الجدول السابق. وهذه الثمانية (0 و 1) تسمى بالحرف أو بالأكتي Octet. وال octet يعتبر مقياس سعد الذاكرة ( يعني سعة الذاكرة تقاس بال octet ).

مضاعفات ال octet

• 1 كيلو أكتي ( Kilo octet ) ونرمز له ب Ko يساوي 1024 octet
• 1 ميجا أكتي ( Miga octet ) ونرمز له ب Mo يساوي 1024 Ko
• 1 جيجا أكتي ( Giga octet ) و نرمز له ب Go يساوي 1024 Mo

تمرين:

•ما هو عدد الأحرف التي يمكن تخزينها في ذاكرة سعتها 64Mo ؟

الحل: كل 1 Mo هو 1024 Ko و كل 1Ko هو 1024 حرف. يعني أن هذه الذاكرة يمكنها تخزين 64x1024x1024 حرف أي 67108864 حرفا

أنواع الذاكرات المستعملة في الحاسوب:

يستعمل الحاسوب عدت أنواع من الذاكرات سوف نتكلم على بعضها الآن.

ذاكرة الكمبيوتر كانت في البداية مغناطيسية (الفريت)، وأصبحت بعد ذلك الكترونية في 1970، يمكنها تخزين وقراءة المعلومات الثنائية. دورها تخزين البيانات التي سيتم معالجتها من قبل CPU أو (المعالج). زمن قراءة المعلومة في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بضع عشرات أو مئات من النانو ثانية(ns)  في حين أن القرص الصلب هو عشرات الآلاف أكثر.

المعلومات الثنائية: هي معلومات مكونة فقط من 0 و 1

في ذاكرة مصنوعة من أشباه النواقل (semi-conducteut)، يمكن الوصول إلى أي معطية إذا كنا نعرف عنوانها، زمن الحصول على المعلومة لا يتعلق بالعنوان. نقول بأن هذا النوع من الذاكرات هي ذاكرات عشوائية أو مباشرة أو انتقائية. عكس ذلك، للوصول إلى معطية موجودة على شريط لا بد من إدارة الشريط حتى نصل إلى المعلومة التي نبحث عنها. نقول حينئذ أن القراءة على الذاكرة هي تسلسلية، الوقت اللازم لقراءة معلومة متغير حسب مكان المعطية المبحوثة. يمكن للقراءة أن تكون شبه تسلسلية (semi-séquentiel) و هي الدمج بين القراءة المباشرة و التسلسلية، مثلا قراءة معطية على قرص مغنطيسي.

نقول أن المعطية المسجلة في الذاكرة أنها متبخرة (volatile) إذا فقدت (محيت) عند غياب التيار الكهربائي. بالنسبة للمصنعين، المشكل المطروح في الذاكرات هو السعر، فكلما زادت سرعة الذاكرة ارتفع معها و بشكل كبير سعرها. لهذا نجد في صناعة الكمبيوتر عدة أنواع من الذاكرات حسب سرعتها:

نقول أن المعطية المسجلة في الذاكرة أنها متبخرة (volatile) إذا فقدت (محيت) عند غياب التيار الكهربائي. بالنسبة للمصنعين، المشكل المطروح في الذاكرات هو السعر، فكلما زادت سرعة الذاكرة ارتفع معها و بشكل كبير سعرها. لهذا نجد في صناعة الكمبيوتر عدة أنواع من الذاكرات حسب سرعتها:

(أ) – كمية صغيرة جدا من الذاكرات السريعة جدا (عالية الثمن) تستعمل مباشرة من طرف البروسيسور (les registres).

(ب) – بعدها ذاكرة أخرى (cache ou anté-mémoire) سريعة (غالية) تحتوي بعض عشرات الآلاف من الكلمات. يستعملها البروسيسور كوسيط بينه وبين الذاكرة المركزية ( عوض الذهاب إلى الذاكرة المركزية عدة مرات لقراءة مجموعة متتالية من المعطيات يقوم البروسيسور بتحويل كمية معتبرة من المعطيات من الذاكرة المركزية دفهة واحدة إلى cache ثم يقوم بالقراءة من هذه الأخيرة، كل هذا من أجل تسريع العملية). في التكنولوجيا الحالية نستعمل نوعين من الذاكرة cache: جزء ( L1 ) سريع جدا موجود داخل رقاقة الميكروبروسيسور وجزء آخر (L2 ) أقل سرعة من الأول ( لكنه أسرع دائما من الذاكرة المركزية) وأكبر حجما من الجزء الأول يكون موجود خارج الميكروبروسيسور .

(ج) – تأتي بعد ذلك، الذاكرة المركزية أو الذاكرة الرئيسية. (سنتكلم عليها لاحقا)

(د) – نستعمل أحيانا ذاكرة تتوسط بين الذاكرة المركزية و الذاكرات الثانوية (mémoire d’appui ou d’arrière-plan) (ليست سريعة و ليست غالية لكن 100 مرة أكبر من ثمن الأقراص أو الذاكرات الثانوية).

كل هذه الذاكرات هي متبخرة (volatiles)

(ه) – الأقراص تمثل المستوى الثاني من الذاكرات، ذاكرة ثانوية، و هي ذاكرات كبيرة السعة جدا ودائمة (عكس volatile).

(و) – المستوى الثالث من الذاكرات يمثل أرشيف المعطيات الذي مازال مجالا محتكرا للأشرطة الممغنطة (bandes magnétiques) التي يحاول استبدالها بالأقراص البصرية الرقمية (disque optique numérique)

سنتكلم في ما يلي على فقط الذاكرة المركزية والذاكرة الثانوية:

أولا: الذاكرة المركزية:

الذاكرة المركزية في الكمبيوتر لها خصائص منها: سريعة ، محدودة الحجم. و هناك نوعان رئيسيان من هذه الذاكرة : ذاكرة الوصول العشوائي RAM  وهي ذاكرة متبخرة (تفقد البيانات عند انقطاع التيار)؛ وذاكرة للقراءة فقط ROM، تحتفظ بالبيانات حتى عند قطع التيار الكهربائي).

1 –  الذاكرة الحية RAM: ( RAM : « Random Access Memory »   –  ذاكرة الولوج العشوائي )

الميزات الرئيسية لـ RAM :

• سرعة الوصول لها: وهذا ضروري من أجل توفير البيانات إلى المعالج.
• التبخر: مما يؤدي إلى فقدان جميع البيانات في الذاكرة عندما يتوقف جهاز الكمبيوتر

ذاكرة الوصول العشوائي أو الذاكرة الحية هي شكل من أشكال تخزين البيانات في أجهزة الحاسوب والأجهزة الإلكترونية الأخرى، وتُعد أكبر ذاكرة موجودة على أجهزة الحاسوب بعد القرص المغناطيسي الصلب، إذ تحتفظ بنظام التشغيل والتطبيقات والبيانات المستخدمة حاليًا لتُسهل عملية الوصول إليها بسرعة بواسطة معالج الجهاز، وهي أسرع بكثير في القراءة والكتابة، ويمكن الوصول إليها عشوائيًا في أي وقت وفي أي ترتيب ومن أي موقع على عكس أشكال التخزين الأخرى في جهاز الحاسوب؛ مثل محرك الأقراص الصلبة، وتبقى البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي طالما كان الكمبيوتر قيد التشغيل، وتُعرف بأنها ذاكرة متقلبة تفقد جميع بياناتها المخزنة بمجرد قطع مصدر الطاقة، وهذا هو السبب وراء عدم تمكننا من استخدام ذاكرة الوصول العشوائي للتخزين الدائم على الرغم أنها أسرع بكثير من محرك الأقراص الصلبة التقليدي، وتحتوي جميع أنظمة التشغيل الحديثة على حلول مضمونة للتعامل مع طبيعة ذاكرة الوصول العشوائي المتقلبة، إذ تحفظ جميع الأعمال المنجزة باستمرار على القرص الصلب لتجنب احتمالية إيقاف تشغيل النظام فجأة وفقدان البيانات.( المقتطف هذا منقول من https://hyatok.com/)

هناك نوعان رئيسيان من الذاكرة RAM :

• ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية، حتى بوجود الطاقة الكهربائية، يجب تحديث المعلومات بشكل دوري لمنع فقدانها؛  Dynamic Random Access Memory (DRAM). عكس SRAM  فان ذاكرة Dynamic RAM لا تستطيع الاحتفاظ بالمعلومة لفترة أطول. المعلومات يجب تنشيطها باستمرار. هنا تقوم الذاكرة بإعادة كتابة المعلومة عدة مئات من المرات في الثانية. هذا النوع من الذاكرة ارخص من SRAM  ولذا فإنها تستخدم بغزارة كذاكرة رئيسية لجهاز الحاسوب. أنواعها:  SDRAM، DDR-DDRAM (DDR 1 DDR 2 DDR 3)، DDR4 . . .

• ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة التي لا تتطلب هذه العملية عند وجود الطاقة الكهربائية،  Static Random Access Memory (SRAM)
  والمعنى المقصود من كلمة Static هو ثبات المعلومة. عندما تودع المعلومة في هذه الذاكرة فإنها تبقى هناك بدون الحاجة إلى تنشيطها بين فترة وأخرى. SRAM تعتبر أسرع أنواع الذاكرات، ولكن بسبب غلاء سعرها، فان استخدامها في العادة يكون محصورا بداخل المعالج كذاكرة مخبئيه Cache Memory  من الدرجة الأولى أو الثانية. أنواعها:  ASRAM، SSRAM، PBSRAM . . .

2 – ذاكرة القراءة فقط ROM ” Read Only Memory “:

الذاكرة الميتة هي ذاكرة القراءة فقط، وهي شكل آخر من أشكال التخزين، وتكون شريحة يمكن قراءتها فقط ولا يمكن تغييرها أو حذفها أو إعادة برمجتها بسهولة، ومن غير الممكن كتابة معلومات أو إرشادات جديدة فيها، وتخزن ذاكرة القراءة فقط البيانات والإرشادات دائمًا، ولا تضيع المعلومات والبيانات عند إيقاف تشغيل الطاقة، وتُحمل البيانات والمعلومات الموجودة فيها تلقائيًا على ذاكرة الجهاز، ولا يقتصر استخدام ذاكرة القراءة على أجهزة الحاسوب فحسب، بل تستخدم في معظم الأجهزة الإلكترونية الأخرى أيضًا. ( المقتطف هذا منقول من https://hyatok.com/)

وهي ذاكرة يمكن القراءة منها ولا يمكن الكتابة عليها. تكتب المعلومات على شريحة الذاكرة ولا يمكن للمستخدم أن يغيرها. أشهر استخدام لهذا النوع من الذاكرة هو لحفظ برنامج البيوس للوحة الأم. ميزة هذه الذاكرة هي عدم احتياجها لأي طاقة كهربائية للاحتفاظ بالمعلومة.

أنواع ذاكرة القراءة فقط:

• PROM  وتعنى Programmable ROM  وهى قطعة من الذاكرة يمكن برمجتها مرة واحدة فقط. بعد أن تكتب المعلومات عليها لا يمكن مسحها أو تبديلها.
• EPROM  وتعني Erasable PROM  وهي نفس PROM  إلا أنه يمكن مسح المعلومات الموجودة بهذه الذاكرة وذلك باستخدام الأشعة الفوق بنفسجية . هذه الأشعة يتم توجيهها إلى مجس خاص موجود على الذاكرة لفترة معينة من الوقت مما يؤدى لمسح كل المعلومات وبالتالي يمكن إعادة برمجة الذاكرة بمعلومات أخرى.
• EEPROM وتعني Electrically Erasable PROM  هذه الذاكرة هي التي تستخدم الآن في أغلب اللوحات الأم الحديثة لحفظ برنامج البيوس . هذا النوع من الذاكرة يمكن مسح المعلومات الموجودة عليها وإعادة برمجتها. ووجود كلمة Flash BIOS  من ضمن مواصفات اللوحة الأم فهذا يعنى أنها تستخدم EEPROM

ثانيا : الذاكرة الثانوية

بما أن الذاكرة المركزية محدودة في الحجم وتمحى بغياب الكهرباء أصبح ضروريا تدعيمها بذاكرة ثانوية التي من خصائصها أنها:

• بطيئة
• لا تمحى بغياب الكهرباء
• ليست محدودة في الجدم

و تعتبر الخزان الكبير الذي توضع فيه كل البيانات والبرامج، وهى على اتصال مباشر بالذاكرة الرئيسية (العشوائية) ومنها:

أ– القرص المرن : ويوجد بمقاسات مختلفة و سعات مختلفة، منها: 3.5 بوصة وهو الأكثر استخداماً وسعته التخزينية 1.44 ميجابيت (1.44Mo )، نلاحظ أنه قل استخدامه والحاجة إليه.

ب- القرص الصلب: هناك نوعان من الأقراص الصلبة؛ أحدهما يمكن فصله عن الحاسوب ويوصل بالجهاز عند الاستخدام فقط، والنوع الآخر لا ينفصل عن الحاسوب. ويمتاز القرص الصلب عن القرص المرن بكثافة التسجيل وسعته التخزينية الكبيرة جداً.

ج- الأقراص المدمجة: ويتم الكتابة عليها عن طريق شعاع من الليزر، ويمكنها تخزين سعات عالية (حتى 700 ميجا بايت)، ويوجد منها أنواع تسمىCD RW يمكن التسجيل عليها، كما يوجد أنواع أحدث تقوم كذلك بتخزين سعات أعلى من سابقتها (حتى 4.2 و8.4 جيجا بايت، أى 4200 إلى 8400 ميجابايت) تسمى أقراص DVD، ويوجد منها أيضاً ما يمكن التسجيل عليه.

د- ذاكرة من نوع الفلاش: وهى إحدى التقنيات الحديثة للتخزين، ولها سعات مختلفة وتمتاز بصغر حجمها وسهولة حملها، ويسر استخدامها لنقل البيانات من وإلى الحاسوب بمجرد توصيلها به من الخارج.

ذاكرة فلاش هي ذاكرة لإعادة الكتابة بأشباه الموصلات، وهي ذاكرة ذات خصائص الذاكرة الحية ولكن لا تختفي البيانات أثناء الاغلاق. يتم الاحتفاظ البيانات في الذاكرة عند انقطاع التيار الكهربائي.

سرعتها العالية والمتانة وانخفاض استهلاك الطاقة جعل ذاكرة فلاش مفيدة جدا للعديد من التطبيقات: الكاميرات الرقمية والهواتف المحمولة والطابعات، والمساعدات الرقمية الشخصية PDAs، أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو أجهزة القراءة وتسجيل الصوت وكذا مشغلات الموسيقى الرقمية، ومفاتيح USB  . هذا النوع من الذاكرة لا يوجد لديه العناصر الميكانيكية، وهو ما يعطيها مقاومة عالية.

الملفات و كيفية تخزينها:

المعلومات كلها تجمع على شكل ملفات

المعلومات في الذاكرة المركزية أو الذاكرة الثانوية بالخصوص تكون مجمعة على شكل ملف. كل ملف لديه اسم ولديه نوع ( كتابة، صورة، صوت أم فيديو، أوامر، …) كما أن لكل ملف حجم معين ( الحجم بال octet ) .

كيف تخزن الملفات في القرص ( الذاكرة الثانوية )

حتى نتمكن من تسيير الذاكرة الثانوية ( القرص مثلا ) علينا بمتابعة الكتابة على القرص بحيث نحدد الأماكن التي يوجد فيها ملفات و الأماكن الفارغة التي يمكننا استعمالها وبحيث كذلك يمكننا إيجاد ملفا كتبناه من قبل على القرص. من أجل الوصول إلى كل ذلك لا بد من وضع قائمة نسميها (FAT) ونضعها دائما في بداية القرص نسجل فيها الملفات المتواجدة في القرص بمعلوماتها.

اسم الملف	حجم الملف	عنوان الملف في القرص	معلومات أخرى

حسب مل يظهر ، إن عملية تخزين الملفات في القرص عملية شاقة على الإنسان فلا بد قبل أن يخزن أي ملف أن يحسب حجمه و يبحث له عن مكان فارغ يكفي هذا الحجم ثم يكتبه في الذاكرة ثم يسجل ( الاسم والحجم و العنوان الذي سجله فيه مع معلومات أخرى مثل صاحب الملف ، تاريخ إنشاء الملف و غيرها) يسجل كما قلنا كل هذه المعلومات في جدول تخزين الملفات الذي سميناه fat.

نظرا لصعوبة هذه المهمة كلف بها نظام خاص يسمى نظام التشغيل. فمن أهداف نظام التشغيل الأساسية حفظ الملفات في القرص.