หน่วยความจำหลัก

หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)

หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit หรือ Primary Storage หรือInternal Storage) เป็นหน่วยความจำที่ต่อกับหน่วยประมวลผลกลาง (CPU.) และหน่วยประมวลผลกลางสามารถใช้งานได้โดยตรง
        หน่วยความจำหลัก จะเก็บข้อมูล และชุดคำสั่งในระหว่างประมวลผล และต้องมีกระแสไฟฟ้าเข้ามาช่วย  แต่เมื่อปิดเครื่องคอมพิวเตอร์ข้อมูลในหน่วย ความจำนี้จะหายไปด้วย
        หน่วยความจำหลักที่ใช้ในระบบคอมพิวเตอร์ปัจจุบัน เป็นชนิดที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ หน่วยความจำชนิดนี้มีขนาดเล็ก ราคาถูก แต่เก็บข้อมูลได้มาก และสามารถให้หน่วยประมวลผลกลาง นำข้อมูลมาเก็บ และเรียกค้นได้อย่างรวดเร็ว

         เครื่องคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องต้องอาศัยหน่วยความจำหลัก เพื่อใช้เก็บข้อมูลและคำสั่ง ซีพียูจะทำหน้าที่นำคำสั่ง จากหน่วยความจำหลัก มาแปลงความหมายแล้วกระทำตาม เมื่อทำเสร็จก็จะนำผลลัพธ์มาเก็บไว้ในหน่วยความจำหลัก ซีพียูจะกระทำตามขั้นตอนเช่นนี้เป็นวงรอบเรื่อยๆ ไปอย่างรวดเร็ว เรียกการทำงานลักษณะนี้ว่า วงรอบคำสั่ง (Execute cycle)

 

ภาพที่ 1.54 การทำงานวงรอบคำสั่ง (Execute cycle)

         จากการทำงานเป็นวงรอบของซีพียูนี้เอง การอ่านเขียนข้อมูลลงในหน่วยความจำหลัก จะต้องทำได้อย่างรวดเร็ว เพื่อให้ทันการทำงานของซีพียู โดยปกติุุถ้าให้ซีพียูทำงานที่มีความถี่ของสัญญาณนาฬิกา 2,000 เมกะเฮิรตซ์ หน่วยความจำหลักที่ใช้ทั่วไปมักจะมีความเร็วไม่ทันช่วงติดต่ออาจมีเพียง 100 เมกะเฮิรตซ์
หน่วยความจำหลักที่ใช้กับไมโครคอมพิวเตอร์ จึงต้องกำหนดคุณลักษณะในเรื่องช่วงเวลาเข้าถึงข้อมูล (Accesss time) ค่าที่ใช้ทั่วไปอยู่ในช่วงประมาณ 60 นาโนวินาที ถึง 125 นาโนวินาที (1 นาโนวินาทีเท่ากับ 10 ยกกำลัง -9 วินาที) แต่อย่างไรก็ตาม มีการพัฒนาให้หน่วยความจำ สามารถใช้กับซีพียูที่ทำงานเร็วขนาด 33 เมกะเฮิรตซ์ โดยการสร้าง หน่วยความจำพิเศษมาึคั่นกลางไว้ ซึ่งเรียกว่า หน่วยความจำแคช (cache memory) ซึ่งเป็นหน่วยความจำที่เพิ่มเข้ามา เพื่อนำชุดคำสั่ง หรือข้อมูลจากหน่วยหลักมาเก็บไว้ก่อน เพื่อให้ซีพียูเรียกใช้ได้เร็วขึ้น

ประเภทของหน่วยความจำหลัก
หน่วยความจำหลักแบ่งตามลักษณะการเก็บข้อมูล
1. หน่วยความจำแบบลบเลือนได้ (Volatile memory) คือ หน่วยความจำที่เก็บข้อมูลไว้แล้ว หากไฟฟ้าดับ คือไม่มีไฟฟ้าจ่ายให้ กับวงจรหน่วยความจำ ข้อมูลที่เก็บไว้จะหายไปหมด เรียกหน่วยความจำนี้ว่า  แรม  (RAM)

ภาพที่ 1.55 แรม  (RAM)

2. หน่วยความจำไม่ลบเลือน (Nonvolatile memory) คือ หน่วยความจำเก็บข้อมูลได้ โดยไม่ขึ้นกับไฟฟ้าที่เลี้ยงวงจร เรียกหน่วยความจำนี้ว่า  รอม  (ROM) ซึ่งเป็นชิป (Chip) ต่างๆ ที่อยู่บนแผงวงจร


ภาพที่ 1.56 รอม  (ROM)

หน่วยความจำหลักแบ่งตามสภาพการใช้งาน
1. หน่วยความจำที่ซีพียูอ่านได้อย่างเดียว ไม่สามารถเขียนลงไปได้ เรียกว่า รอม (Read Only Memory : ROM) 
รอมจึงเป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลหรือโปรแกรมไว้ถาวร เช่นเก็บโปรแกรมควบคุม การจัดการพื้นฐานของระบบ ไมโครคอมพิวเตอร์ (bios) รอม ส่วนใหญ่เป็นหน่วยความจำไม่ลบเลือนแต่อาจยอมให้ผู้พัฒนาระบบ ลบข้อมูลและ เขียนข้อมูลลงไปใหม่ได้ การลบข้อมูลนี้ต้องทำด้วยกรรมวิธีพิเศษ เช่น ใช้แสงอุลตราไวโลเล็ตฉายลงบนผิวซิลิกอน

หน่วยความจำประเภทนี้ มักจะมีช่องกระจกใสสำหรับฉายแสงขณะลบ และขณะใช้งานจะมีแผ่นกระดาษทึบ
ปิดทับไวเรียกหน่วยความจำประเภทนี้ว่า อีพร็อม (Erasable Programmable Read Only Memory : EPROM)

2. หน่วยความจำที่เขียนหรืออ่านข้อมูลได้ การเขียนหรืออ่านจะเลือกที่ตำแหน่งใดก็ได้ เราเรียกหน่วยความจำประเภทนี้ว่า แรม (Random Access Memory: RAM) แรมเป็น หน่วยความจำแบบลบเลือนได้ เป็นหน่วยความจำหลักที่สามารถนำโปรแกรม และข้อมูลจากอุปกรณ์ภายนอก หรือหน่วยความจำรองมาบรรจุไว้ หน่วยความจำแรมนี้ต่างจากรอมที่สามารถเก็บข้อมูลได้ เฉพาะเวลาที่มีไฟฟ้าเลี้ยงวงจรอยู่เท่านั้น หากปิดเครื่องข้อมูล จะหายได้หมดสิ้น เมื่อเปิดเครื่องใหม่อีกครั้ง จึงจะนำข้อมูลหรือโปรแกรมมาเขียนใหม่อีกครั้ง

ลักษณะของ RAM
• เป็นชิป (Chip) ที่ทำหน้าที่เป็นหน่วยความจำหลัก
• ใช้เก็บข้อมูลหรือคำสั่งทั้งก่อนและหลังการประมวลผล
• สามารถเก็บข้อมูลได้ชั่วคราวขณะมีที่ไฟฟ้าเท่านั้น
• ผู้ใช้สามารถเขียน/อ่าน/ลบ/เปลี่ยนแปลงข้อมูลบน RAMได้ ดังนั้นความจุ(Capacity) และความเร็วในการเขียน/อ่าน(Access Time)ข้อมูลของ RAM จะมีผลต่อประสิทธิภาพ
• ถ้า RAM มีความเร็วสูงและ มีความจุมากก็จะทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานให้ได้เร็วขึ้น
• ปัจจุบันคอมพิวเตอร์ควรมีหน่วยความจำอย่างน้อย 128 – 256 MB
• อนาคตคาดว่าจะมีการเพิ่มขนาดของRAM มากขึ้นเนื่องจากราคาถูกลง และ ซอฟต์แวร์มีขนาดใหญ่ต้องการใช้ RAM ที่มีความจุมากในขณะทำงาน
• ปัจจุบันมีหน่วยความจำที่นิยมใช้กัน 3 แบบ คือ

หน่วยวัดขนาดความจุของ RAM
1 Byte = 1 ตัวอักษร
Kilobyte (KB) = 1024 Bytes
Megabyte (MB) = 1024 Kilobytes
Gigabyte (GB) = 1024 Megabytes
Terabyte (TB) = 1024 Gigabytes