An-nuur Na. 177

AN-NUUR Na.177 Shaaban 1419, Novemba 27 - Desemba 3, 1998

Sayansi na Teknolojia Kwenye Kompyuta RAM ni Kitu Gani?

RAM (Random Access Memory) ndiyo "sebule" kompyuta inayoitumia kufanyia kazi zake. Wakati unatumia programu yoyote ile basi inawekwa kwenye hiyo RAM, kama hifadhi ya muda. Madhumuni hasa ni kuirahisishia kazi CPU kuweza kuipata hiyo programu kwa haraka zaidi. Jina sahihi la RAM ya namna hii kwa kweli ni DRAM (Dynamic Random Access Memory), lakini inakatwa jina na kuitwa RAM tu.

Kila RAM ikiwa kubwa basi ndio nafasi ya kufanyia kazi inakuwa kubwa zaidi na kwa hivyo unakuwepo uwezo wa kutumia programu kubwa kubwa na kasi inaongezeka. Ukubwa wa RAM unapimwa kwa megabaiti (megabytes, MB) au wakati mwingine kilobaiti (kilobyte, KB au pia K). Ukinunua kompyuta mpya hivi sasa, angalau iwe na RAM ya ukubwa wa 16 MB. Bila ya hivyo, programu nyingi utakuwa huwezi kuzitumia. Kulingana na mahitaji, mtu anaweza kulazimika kuwa na RAM ya zaidi ya 16 MB. Kuongeza RAM kwenye kompyuta si kazi kubwa. Maelezo ya namna ya kuongeza RAM kwenye kompyuta za aina mbali mbali yamewekwa kwenye sehemu maalum inayofuatia sehemu hii.

Sasa RAM zinakuja kwa miundo tafauti. Muundo ulio maarufu ni ule unaoitwa SIMM (Single In-line Memory Module) kama unavyoonekana kwenye Picha 1. SIMMs ziko kama vibao vilivyowekewa chip kadhaa, upande mmoja ukiwa na msururu wa pini (pins) thelathini au sabiini na mbili. SIMMs za pini 30 ziko za ukubwa wa 256 KB, 1 MB, 4 MB, na 16 MB; na SIMMs za pini 72 ziko za ukubwa wa 1 MB, 2 MB, 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB na 64 MB.

SIMMs za pini 30 kila moja ina uwezo wa kutoa bit 8 za data (au bit 9 kama ni za parity) kwa mkupuo mmoja. SIMMs za pini 72 kila moja ina uwezo wa kutoa bit 32 kama ni za non-parity (au bit 36 kama ni za parity) kwa mpigo. Kwenye SIMMs zenye parity, kwa kila bit 8 za data huongezwa bit moja ya parity ambayo husaidia kuhakikisha kuwa data zinapelekwa bila ya makosa yoyote.

Muundo wa RAM wa zamani kidogo ni ule wa SIP (Single In-line Package). SIPs ziko kama SIMMs ila zenyewe vijino vyake vinachomoza nje kama visindano hivi kama inavyoonyesha kwenye Picha 1. Muundo wa zamani hasa wa RAM ni wa DIP (Dual In-line Package) ambazo zimekaa kama vibao vyenye miguu kadhaa pande zote mbili. Usinunue kabisa kompyuta inayohitaji RAM ya muundo wa SIP na DIP kwani kuzipata RAM za miundo hiyo kwa siku hizi ni shida mno na hata ukifanikiwa kuzipata bei yake itakuwa ghali sana.

Muundo wa RAM zinazotumiwa kwenye kompyuta za Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, na kompyuta zenye CPU za miaka ya karibuni, unaitwa DIMM (Dual In-line Memory Module) ambazo zina pini 168 na ziko za ukubwa wa 8 MB, 16 MB, 32 MB, 64 MB, 128 MB na 256 MB. Kila DIMM moja ina uwezo wa kutoa bit 64 kama ni ya non-parity , au bit 72 kama ni ya parity, kwa mkupuo mmoja. Ndiyo maana zikapendelewa kutumiwa kwenye kompyuta za miaka ya karibuni zinazotumia basi la data la bit 64.

Unapoona tangazo la kompyuta linasema kuwa kompyuta hiyo ina RAM ya ukubwa wa 16 MB na ikaongezwa kusemwa: "upgradable to 64 MB", inamaanisha kwamba kompyuta hiyo inaweza kuongezwa RAM mpaka jumla ya RAM iliyo kwenye kompyuta hiyo ikafikia ukubwa wa juu wa 64 MB. Ukinunua kompyuta mpya hivi sasa ni lazima iwe na uwezo mkubwa sana wa kuongezewa RAM mpaka kufikia 1 GB, ikiwezekana. Hii ni kwa sababu, kila programu mpya zinazotolewa huwa zinahitaji kompyuta iwe na RAM kubwa zaidi kuweza kuzitumia programu hizo bila ya shida.

Kikawaida huwezi kuchomeka SIMM ya pini 30 kwenye soketi ya SIMM ya pini 72, na vinginevyo. Ila vipo vidubwesho (adapters) fulani ambavyo husaidia kuitumia SIMM kwenye soketi isiyokuwa yake - kwa mfano kwa kutumia vidubwesho hivyo SIMM ya pini 72 inaweza kuingizwa kwenye soketi ya SIMM ya pini 30.

Kitu chengine muhimu ni "access time" inayopimwa kwa nanosecond (ns) ambayo ni moja kwenye bilioni ya sekunde moja. Huu ni muda ambao RAM inauchukua kuweza kutafuta na kukipata kitu kilichomo ndani yake. Ziko SIMMs zenye access time ya 100 ns, 80 ns, 70 ns, 60 ns, 35 ns, n.k. Kila access time ikiwa ndogo ndio barabara.

Chukua mfano wa CPU ya Pentium 90 MHz. Yenyewe, kufanya kitu cha kawaida, kama vile kujumlisha nambari mbili, inahitaji muda wa 11 ns. Lakini kama ulivyoona hapo juu access time ya kawaida ya DRAM inaweza kuwa 70 ns, kwa hivyo RAM inashindwa kuipatia kitu CPU kwa muda wa 11 ns. Kwa maneno mengine kuna mpishano wa kasi (speed-mismatch) kati ya CPU na DRAM.

Kitu kimoja kinachosaidia kupunguza huo mpishano wa kasi kinaitwa "cache" (inatamkwa ‘keish’). Kwenye CPU ya 486DX au hata 486SX imo cache ya ndani (internal cache) ya ukubwa wa 8 KB. Hii ni RAM ambayo hasa jina lake ni SRAM (Static Random Access Memory) yenye kasi sawa na CPU. SRAM hii inanakili zile sehemu za DRAM ambazo zinaombwa mara kwa mara na CPU. Kwa hivyo badala ya CPU kuzipata kwa kasi ndogo kutoka kwenye DRAM inazipata kwa kasi kubwa kutoka kwenye ile cache ya ndani ya CPU.

Sasa cache ya ndani (Level 1 cache) ni ghali sana hivyo haiwezi kufanywa kubwa, badala yake inatumika cache ya nje (external auxilliary SRAM cache au Level 2 cache ) ambayo inafanya kazi sawa na cache ya ndani ila yenyewe kasi yake ni ndogo zaidi ya cache ya ndani ila ni kubwa kuliko kasi ya DRAM. Ukubwa wa cache ya nje wa 128 KB unaweza kusaidia sana kuongeza kasi ya kompyuta, lakini cache ya ukubwa wa 256 KB, 512 KB, na hata 1 MB kwenye kompyuta za Pentium, ndio unapendelewa zaidi.

Mabadiliko ya teknolojia ya DRAM

DRAM za kawaida ambazo zimekuwa zikitumika sana kwa muda mrefu ni zile zinazojuilikana kama Fast Page Mode (FPM) DRAM. Access time ya FPM DRAM ni 35 ns ambayo ni sawa na kasi ya kusafirisha data ya 28.5 MHz. Lakini hiyo ni ndogo sana, kwa mfano, kwenye kompyuta zenye mabasi ya data ya kasi ya 66 MHz, kama zilivyo kompyuta nyingi za Pentium.

Kutoka kwenye chip ya DRAM kikawaida hutoka msururu (burst) wa bit nne za data. Inavyotakikana hasa, data ziingizwe kwenye CPU sambamba na mapigo ya saa inayoendesha basi la data. Yaani, kwa kila mpigo mmoja wa saa (one clock cycle), basi iingizwe bit moja. Kwa mtindo huo, bit nne zitaingizwa kwa mipigo minne ya saa, na hiyo huandikwa 1-1-1-1.

Lakini hakuna DRAM inayoweza kupeleka data kwa kasi ya namna hiyo. Inayokaribia zaidi kasi hiyo ni Level 2 cache ambayo ina kasi ya 2-1-1-1. Yaani inahitaji mapigo mawili ya saa kupeleka bit ya mwanzo, na bit tatu zinazofuatia inazipeleka kwa kila mpigo mmoja wa saa. Bit ya kwanza inasemwa inapewa wait state moja – yaani CPU inalazimika kungojea data kwa muda wa mpigo mmoja wa saa.

DRAM zinazojuilikana kama Extended Data Out (EDO) DRAM zimeleta maendeleo makubwa juu ya FPM DRAM. EDO DRAM zina access time ya 25 ns sawa na 40 MHz, ambayo ni ongezeko la kasi kwa 40% ukilinganisha na FPM DRAM. Ongezeko hilo la kasi linatokana na tafauti ya utendaji kazi wa EDO DRAM.

CPU inapotaka data kutoka kwenye DRAM, kwanza inatuma anuani ya data hizo. Data kwenye DRAM zimewekwa kwenye mfano wa jadueli ambayo ina vyumba (cells) kadhaa kuanzia kushoto kwenda kulia vinavyofanya "rows" za jadueli hiyo, na pia vyumba kadhaa kuanzia juu kwenda chini vinavyofanya "columns" za jadueli hiyo. Anuani ya data kwenye DRAM itakuwa na nambari ya row na pia nambari ya column yenye data inayotakiwa.

DRAM kwanza hupokea anuani ya row ya data na kufunua data zote zilizo kwenye row hiyo, yaani row page. Baadaye hupokea anuani za columns za data zinazotakikana. Kwenye FPM DRAM kila mara zinapotakikana data kutoka kwenye DRAM hufanyika mambo hayo hayo – yaani anuani ya row kwanza , kisha anuani za columns. Lakini kwenye EDO RAM unatumika ujanja. Row page ikishafunguliwa kazi ya kupeleka data kwenda kwenye CPU inafanywa na sehemu nyengine maalum na DRAM inakuwa huru kupokea anuani nyengine za column wakati huo huo. Mtindo huo unaitwa pipeline mode, na unaipa EDO DRAM kasi ya 5-2-2-2 kwenye basi la data la 66 MHz. FPM RAM kwenye basi hilo inaweza kufikisha kasi ya 5-3-3-3, yaani inahitaji mipigo mitano ya saa kuipeleka bit ya kwanza, na mipigo mitatu ya saa kwa kila bit zinazofuatia.

Ingawa EDO DRAM inatoa ongezeko la kasi kwa asilimia arobaini, kwa ujumla ongezeko hilo si kubwa kwani kama tulivyoona, inapunguza wait states tatu tu – yaani inahitaji mapigo 11 ya saa badala ya mapigo 14, kupeleka bit 4. Hakuna mabadiliko yoyote ya kasi ya kuipata bit ya kwanza ambayo ndiyo muhimu zaidi. EDO DRAM na FPM DRAM zote zinahitaji wait states nne kuipeleka bit ya kwanza.

Maendeleo mengine ya DRAM yameleta aina ya DRAM inayoitwa Burst EDO (BEDO) DRAM. Kwenye FPM DRAM na EDO DRAM, anuani za data zinaletwa kutoka nje ya DRAM. Lakini kwenye BEDO DRAM, ikishaletwa anuani ya kwanza ya data, anuani tatu za data zinazofuatia hutolewa ndani ya DRAM yenyewe, kwa hivyo inapunguza muda ambao ungehitajika kupeleka na kupokelewa anuani tatu za columns za data za row page iliyofunguliwa. DRAM ya namna hii inaleta ongezeko la kasi ya 5-1-1-1, lakini kwa bahati mbaya haikupata umaarufu kutokana na watengenezaji kompyuta kuipendelea zaidi DRAM nyengine inayoitwa Synchronous DRAM (SDRAM) itakayozungumzwa hapa chini.

SDRAM imependwa kwa sababu ina uwezo wa kasi kubwa sana kuhimili mpaka basi la data la kasi ya 100 MHz kama yanayotumiwa na kompyuta za Pentium II. DRAM zote tulizozitaja hapo juu ni asynchronous – yaani hazipeleki data sambamba na mapigo ya saa ya basi la data, na ndio maana CPU inalazimika kungojea wakati DRAM inajisotora kutoa data kuzipeleka kwenye CPU. Kwa namna SDRAM inavyofanyakazi, CPU inapeleka maombi ya data na yenyewe inaendelea na shughuli nyengine na inazishughulikia data kutoka kwenye DRAM pale zinapofika tu. Kwa maana nyengine CPU hailali doro kusubiri data.

SDRAM ndio kwa sasa aina ya DRAM inayopendelewa zaidi ingawa ni ghali kidogo. Kasi yake, hata hivyo, ni sawa na BEDO DRAM, yaani 5-1-1-1 kwenye basi la data la kasi ya 66 MHz. Kama unavyoona, pengo kati ya kasi ya CPU na kasi ya RAM linapungua sana unapotumia SDRAM na hivyo kuifanya kompyuta yako ifanyekazi kwa kasi kubwa zaidi.

TAHADHARI: Kuna watengenezaji wa kompyuta ambao huwa mara nyingine wanatumia RAM za aina ya kipekee (proprietary). RAM hizo ni ghali sana hivyo epukana nazo. Kama utanunua kompyuta, kwa mfano, iliyotengenezwa na Compaq, DEC, Dell n.k, hakikisha umewekewa RAM ya ukubwa wa kutosha kiasi cha kuwa hutahitaji tena kununua RAM kutoka kwao kwa kipindi kirefu. Unaweza kukuta kuwa bei ya SIMM ya aina ya kipekee (proprietary) inauzwa kwa bei ya mara tatu zaidi ya bei za SIMM za kikawaida!