หน่วยความจําและจัดเก็บ memory and storage unit ทําหน้าที่อะไร

หน่วยความจำหลัก (Main Memory Unit)

เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการจดจำข้อมูล และโปรแกรมต่าง ๆ ที่อยู่ระหว่างการประมวลผลของคอมพิวเตอร์ บางครั้งอาจเรียกว่าหน่วยเก็บข้อมูลหลัก (Primary storage)

สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ

2.2.1 หน่วยความจำหลักแบบอ่านได้อย่างเดียว (Read Only Memory – ROM)

       เป็นหน่วยความจำแบบสารกึ่งตัวนำชั่วคราวชนิดอ่านได้อย่างเดียว ใช้เป็นสื่อบันทึกในคอมพิวเตอร์ เพราะไม่สามารถบันทึก

ซ้ำได้ (อย่างง่ายๆ) เป็นความจำที่ซอฟต์แวร์หรือข้อมูลอยู่แล้ว และพร้อมที่จะนำมาต่อกับไมโครโพรเซสเซอร์ได้โดยตรง หน่วยความจำประเภทนี้แม้ไม่มีไฟเลี้ยงต่ออยู่ ข้อมูลก็จะไม่หายไปจากน่วยความจำ (nonvolatile)

       โดยทั่วไปจะใช้เก็บข้อมูลที่ไม่ต้องมีการแก้ไขอีกแล้วเช่น เก็บโปรแกรมไบออส (Basic Input output System : BIOS) หรือเฟิร์มแวร์ ที่ควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ใช้เก็บโปรแกรมการทำงานสำหรับเครื่องคิดเลขใช้เก็บโปรแกรมของคอมพิวเตอร์ที่ทำงาน

เฉพาะด้าน เช่น ในรถยนต์ที่ใช้ระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมวงจร ควบคุมในเครื่องซักผ้า เป็นต้น

2.2.2 หน่วยความจำหลักแบบแก้ไขได้ (Random Access Memory – RAM)

เป็นหน่วยความจำหลัก ที่ใช้ในระบบคอมพิวเตอร์ยุคปัจจุบัน หน่วยความจำชนิดนี้ อนุญาตให้เขียนและอ่านข้อมูลได้ในตำแหน่งต่างๆ อย่างอิสระ และรวดเร็วพอสมควร ซึ่งต่างจากสื่อเก็บข้อมูลชนิดอื่นๆ อย่างเทป หรือดิสก์ ที่มีข้อจำกัดในการอ่านและเขียนข้อมูล ที่ต้องทำตามลำดับก่อนหลังตามที่จัดเก็บไว้ในสื่อ หรือมีข้อกำจัดแบบรอม ที่อนุญาตให้อ่านเพียงอย่างเดียว

ข้อมูลในแรม อาจเป็นโปรแกรมที่กำลังทำงาน หรือข้อมูลที่ใช้ในการประมวลผล ของโปรแกรมที่กำลังทำงานอยู่ ข้อมูลในแรมจะหายไปทันที เมื่อระบบคอมพิวเตอร์ถูกปิดลง เนื่องจากหน่วยความจำชนิดนี้ จะเก็บข้อมูลได้เฉพาะเวลาที่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยงเท่านั้น

internal storge หรือเป็นหน่วยเก็บข้อมูลและโปรแกรมชั่วคราว( temporary storage)

เมื่อปิดเคื่รองคอมพิวเตอร์ข้อมูลหรือโปรเเกรมทุกอย่าง ที่เก็บในแรมจะหายไป เนื่องจากไม่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยง หน่วยเก็บข้อมูลประเภทนี้จึงเรียกว่า volatile ดังนั้นจัดเก็บข้อมูลอย่างถาวร ไว้ใช้งานในภายหลัง จึงจำเป็นจะตอ้งมีหน่วยเก็บเข้อมูลภายนอกที่เรียกว่า external storage หรือ secondary storage หรือ auxiliary storage ซึ่งสามารถจัดเก็บข้อมูลสำหรับการประมวลผลไว้ได้ถึงแม้ว่าจะไม่มีกระเเส ไฟฟ้าหล่อเลี้ยง( non-volatile) ก็ตาม

กระบวนการในการเก็บข้อมูล เรียกว่า การเขียนหรือการบันทึกข้อมูล ( writing หรือ recording data)

เนื่องจากว่า อุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรอง จะบันทึกข้อมูลในรูปของสื่อต่างๆที่สามารถนำมาเร๊ยกในภายหลังได้ กระบวนการดึงข้อมูลมาใช้เรียกว่า retrieving data เเละถ้าเป็นการอ่านข้อมูลจะเรียกว่า reading data เพราะอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรองจะอ่านข้อมูลและถ่ายโอนไปยังหน่วยความจำหลัก เพื่อการประมวลผลต่อไป

การใช้งานคอมพิวเตอร์ในหน่วยงานต่างๆ จะมีความต้องการอุปกรณ์ในการจัดเก็บข้อมูลที่แตกต่างกันออกไป เช่น บริษัทประกันและธนาคาร อาจมีความต้องการอุปกรณ์ที่สามารถจัดเก็บข้อมูลของลูกค้าได้จำนวนมาก ในขณะที่ธุรกิจขนาดกลางและขนาดย่อมอาจต้องการอุปกรณ์ ในการจัดเก็บข้อมูลไม่มากนัก

หน่วยเก็บข้อมูลสำรอง (Secondary Storage Unit)

อุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรอง สามารถจำแนกได้เป็น 2 ประเภทหลัก ๆ ดังนี้

จานแม่เหล็กเป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรองที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายกับเครื่องคอมพิวเตอร์ทุกประเภท จานแม่เหล็กประกอบด้วยแผ่นพลาสติกหรือโลหะที่เคลือบด้วยสารแม่เหล็ก ข้อมูลสามารถบันทึกและอ่านจากผิวหน้าที่เคลือบด้วยสารแม่เหล็กนี้ จานแม่เหล็กเป็นอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่มีความจุสูง มีความเชื่อถือได้ และยังสามารถเข้าถึงข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว ประเภทของจานแม่เหล็ก เช่น ฮาร์ดดิสก์ ( hard disk )

ฟลอปปี้ดิสก์ นิยมเรียกโดยทั่วไปว่า ดิสก์เกตต์ ( diskettes) หรือดิสก์ ( disks) เป็นอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำรองที่สามารถพกพาและเคลื่อนย้ายได้สะดวก ฟลอปปีดิสก์ ในรุ่นแรก ๆ จะมีขนาด 8 นิ้ว และ 5.25 นิ้ว แต่ปัจจุบันนิยมใช้ขนาด 3.5 นิ้วแต่เดิมฟลอปปีดิสก์เรียกว่า ฟลอปปี ( floppies) เพราะดิสก์มีลักษณะที่บางและยืดหยุ่น แต่ปัจจุบันลักษณะของดิสก์ได้พัฒนาขึ้นเรื่อย ๆ เป็นดิสก์ที่หุ้มด้วยแผ่นพลาสติกแข็ง แต่เนื้อดิสก์ภายในยังคงอ่อนเหมือนเดิม จึงเรียกฟลอปปี้เช่นเดิม

หน่วยความจำแคช

1. ความหมาย

                แคช (CACHE) คือ หน่วยความจำภายในชนิดหนึ่ง ซึ่งมีขนาดเล็ก  และมีความเร็วสูง  จากโครงสร้างหน่วยความจำของเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีการจัดโครงสร้างเป็นแบบลำดับชั้น  หน่วยความจำแคช (CACHE) เป็นลำดับชั้นที่อยู่ถัดลงมาจากลำดับชั้นสูงสุด  ซึ่งแคชหากมีหลายระดับ เรียกว่าแคช ระดับ L1,L2,…

แคช มักถูกเชื่อมต่อเข้ากับหน่วยความจำหลักซึ่งมักถูกซ่อนเอาไว้จากผู้เขียนโปรแกรม  หรือแม้กระทั่งตัวโปรเซสเซอร์เอง  คือจะทำงานอัตโนมัติ  สั่งการให้ทำงานตามที่ต้องการโดยตรงไม่ได้  จึงเปรียบเสมือนบัฟเฟอร์เล็กๆ ระหว่างหน่วยความจำหลักกับรีจิสเตอร์ในโปรเซสเซอร์

1 แสดงถึงสถาปัตยกรรมหน่วยความจำภายในคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน

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

แหล่งที่มา

//www.thaigoodview.com/library/contest2552/type1/tech03/18/prakopmemory.html

//srb1.go.th/kowjumpa/computer/lesson3_3.html