لماذا ﻻ نصنع الرامات من نفس مواد صنع الكاش

الكاش Cache أو البيانات المؤقتة يتم تخزينها في الذاكرة الوصول العشوائية Random Access Memory (RAM)، وبالتالي لا يمكن المقارنة بينهما، ولكن أعتقد أنك تقصد المسجلات Registers وهي أسرع ذاكرة تخزين في الحاسوب، الحواسيب الحديثة قد تحتوي على ما يصل إلى 10MB من مساحة التخزين كمسجلات Registers وبالتالي نظريًا يمكننا أن نقوم بعمل حاسوب يعمل بالمسجلات فقط، ولكن عمليًا في الحياة الواقعية هذا الأمر غير ممكن، وسأحول أن أوضح هذا الامر بشيء من التفصيل.

المسجلات Registers عبارة ذاكرة لتخزين ولنقل البيانات وبعض التعليمات التي تقوم بتنفيذها وحدة المعالجة CPU بشكل مباشرة، ويوجد من المسجلات عدة أنواع ولكل نوع وظيفة معينة، مثل Data register لنقل وتخزين البيانات، Address register تستخدم لتخزين عناوين الذاكرة، Instruction register لتخزين التعليمات التي تقوم وحدة المعالجة بتنفيذها، Input register يقوم تخزين محرف Character معين، ولكل نوع من الأنواع السابقة حجم معين متعارف عليه ويكون ما بين 8bit إلى 16bit فقط. المسجلات Registers سريعة للغاية لأنها متصله بشكل مباشر أو شبه مباشر بالأجزاء العملية بالحاسوب، أيضًا هي مكلفة للغاية مقارنة بأنواع الذاكرة الأخرى مثل الأقراص الصلبة HDD أو ذاكرة الوصول العشوائي RAM .. إلخ.

على الجانب الآخر ذاكرة الوصول العشوائي RAM بطيئة مقارنة بالمسجلات ولكنها أرخص منها بكثير، وبالتالي بناء حاسوب بإستخدام المسجلات فقط سيؤدي بالفعل إلى حاسوب أسرع ولكن ستكون تكلفته أكبر بكثير من الحاسوب العادي، لدرجة أن فرق السرعة الذي سنحصل عليه لا يساوي تكلفة الحاسوب، وبالنسبة للشركات فإن تطوير وحدات أسرع (وحدة معالجة أسرع، أو ذاكرة أسرع .. إلخ) أرخص بكثير وسيؤدي إلى نفس النتيجة في النهاية.

يوجد سبب آخر لكون الأمر مستحيل عمليًا، وهو التعليمات اللازمة للوصول إلى مسجل Register عمين، حيث أن عدد وحجم المسجلات القليل يجعل من الوصول إليها أمرًا سهلًا، مقارنة بذاكرة الوصول العشاوئية RAM والتي تحتوي على مليارات البتات Bits، فتخيل أنك تريد الذهاب إلى بيت معين من بين مجموعة بيوت موجودة أمامك مقارنة بالذهاب إلى بيت آخر لا تعرف سوى عنوانه في وسط مدينة ضخمةن بالتأكيد سوف تصل إلى البيت في كلتا الحالتين ولكن سوف تستغرق وقت أطول ومجهود أكبر بكثير في الحالة الثانية، وبالتالي إن كان لديك حاسوب يحتوي على أكثر من جيجابايت من المسجلات فيجب أن يكون لهذا الحاسوب طريقة ما للوصول إلى كل مسجل من المسجلات وسيكون الأمر أبطء بطبيعة الحال.

الرامات أو الDRAM إختصاراً ل(Dynamic ram) عبارة عن مجموعة من الخﻻيا الكهربية كل خلية تحتوي على ترانزيستور ومكثف ويتم تخزين القيمة في الخلية عبر شحنها فإما أن يكون جهد المكثف عالي فتصبح القيمة 1 أو منفض فتصبح القيمة بصفر

كما في الصورة المُرفقة بالأسفل , ولكن يوجد مشكلة وهي أن المكثف ﻻ يمكنه الإحتفاظ بالطاقة لفترات طويلة حيث يتم فقدان الطاقة في المكثف عبر الزمن مما يؤدي إلى فقدان البيانات من الذاكرة وبالتالي نحتاج لحل تلك المشكلة أن نعيد شحن المكثف كل فترة, عملية الشحن تلك عندما تتم ﻻ يمكن أن يتم معها أي عمليات قراءة او كتابة من الذاكرة مما يسبب تأخراً نسبيا في البيانات ويسبب بطئاً نسبياً

على العكس فإن الSRAM (static ram) تصميمها معقد أكثر من السابقة وﻻ تحتاج إلى إعادة شحنها مرة أخرى مما يؤدي إلى فرق في الأداء بينها وبين الرام الديناميكي  وهذا من أهم أسباب زيادة سرعة الSRAM مقارنةً بالDRAM

لماذا ﻻ نصنع الmemory من الSRAM

1. ببساطة بسبب التصميم المعقد للSRAM وعدد الترانزيستورات (حيث يتم صنع الخلية الواحدة من 6 ترانزيستورات) فهذا يجعل تكلفته عالية جداً حوالي 100 ~ 300 ضعف ثمن الديناميك رام 
2. الرامات الإستاتيكية تحتاج لمساحة أكبر نسبياً من الديناميكية 
3. ﻻ يمكننا زيادة حجم البيانات بسهولة لأن زيادة حجم البيانات الممكن إستيعابها في الرامات الإستاتيكية يقلل من كفائتها