فرکانس رم چیست و چه تفاوتی با سرعت رم دارد؟

سال‌ها است که مشتاقان کامپیوترهای رومیزی در سودای خرید سریع‌ترین قطعات سخت‌افزاری موجود بازار هستند تا بهترین تجربه اسمبل کامپیوتر را برای خود رقم بزنند. حافظه رم یکی از قطعات مهمی است که نکات خاصی را در انتخاب آن باید مدنظر قرار داد تا عملکرد سیستم در بهترین حالت خود قرار بگیرد.

یکی از نکات اساسی در دسته‌بندی حافظه رم، فرکانس رم نام دارد که در این مقاله به تعریف آن خواهیم پرداخت و درک خواهیم کرد که این عامل از قطعه سخت‌افزاری رم، چگونه روی سرعت عملکرد کامپیوتر اثر می‌گذارد؟

پاسخ به این پرسش‌ها کمی پیچیده‌تر از آن است که فقط بگوییم هرچی شماره‌ها بزرگ‌تر باشد نتیجه بهتری دریافت خواهید کرد. پس با زومیت همراه باشید.

رم یا Random Access Memory قطعه‌ای است که به‌عنوان حافظه‌ای موقت و فوق‌سریع برای پردازنده مرکزی کاربرد دارد. زمانی که، برنامه‌ای را اجرا می‌کنید، درایو حافظه داده‌های مرتبط با آن برنامه را به حافظه رم ارسال می‌کند، جایی که پردازنده بسیار سریع‌تر از این که در هارد درایو سراغشان برود، به آن‌ها دسترسی پیدا می‌کند.

به‌عبارتی، می‌توان حافظه رم را میزکار پردازنده تلقی کرد که پردازش‌ها و کارهایی را که باید انجام دهد به آن منتقل می‌شود و از فضای میزکار برای اجرای برنامه‌ها استفاده می‌کند.

این سلول‌ها بار الکتریکی را نگه‌می‌دارند و رها می‌کنند تا بدین وسیله داده‌ها را نگارش یا حذف کنند. چنین فرایندی باعث می‌شود داده‌ها به‌صورت مرتب و بسیار سریع‌تر از هارد درایوهای سنتی (HDD) دردسترس باشند و تغییر کنند. حتی فرایند درایور های SSD نیز نمی‌تواند با سرعتی که رم فراهم می‌کند، رقابتی داشته باشد.

علاوه‌براین، حافظه رم موقت و فرّار است، بدین ترتیب درصورت قطع شدن جریان برق، داده‌های موجود در سلول‌ها ازبین خواهند رفت به‌همین دلیل است که باید درحین انجام پروژه‌ها و کارهای خود با کامپیوتر حالت ذخیره خودکار را در نرم‌افزارها فعال کنید.

اساساً، اینکه رم سیستم با چه سرعتی کار می‌کند و چه میزان عملکرد سریعی دارد به چندین و چند عامل بستگی دارد که شامل فرکانس، پهنای باند، مجموع تعداد کانال‌ها، مقدار، نرخ دوبرابر داده (DDR)، تأخیر و حتی سرعت و نسل پردازنده می‌شوند.

برای درک اینکه رم سیستم شما چه‌اندازه سریع است باید به‌طور هم‌زمان تأخیر CAS و سرعت کلاک آن را درنظر گرفت. مفهوم سرعت رم کمی گیج‌کننده است و بسیاری از افراد تعریف ناقصی از آن ارائه می‌کنند. بنابراین، برای تعریف سرعت رم اجازه دهید چند اصطلاح مهم را شفاف کنیم.

زمانی که سراغ خرید رم می‌روید، عدد بزرگی را مشاهده خواهید کرد که به‌دنبال آن عبارت مخفف MHz نوشته شده است که آن را مگاهرتز می‌خوانیم. برای مثال، رم 8GB DDR4-2400 MHz با فرکانس ۲٬۴۰۰ مگاهرتز کار می‌کند.

فرکانس رم در مدل‌های قدیمی‌تر می‌تواند از ۸۰۰ مگاهرتز شروع شود و در مدل‌های جدیدتر به ۶٬۸۰۰ مگاهرتز برسد.

مگاهرتز یکای اندازه‌گیری فرکانس رم است. درواقع، مگا مقدار یک میلیون را نشان می‌دهد و هرتز واحد اندازه‌گیری فرکانس برابر با یک چرخه در هر ثانیه درنظر گرفته می‌شود. بنابراین، وقتی همه‌ی این مفاهیم را کنار هم قرار دهیم، یک مگاهرتز، که یک میلیون چرخه در هرثانیه را نشان خواهد داد.

درواقع، مگاهرتز برای بیان هر فرایند تکرارشونده‌ای کاربرد دارد. برای رم، مگاهرتز نشان‌دهنده فرکانس سیگنال‌های دیجیتالی در فرم موج مربعی (Square Waves) است.

موج مربعی به‌شکل زیر است:

براساس تصویر نمودار موج مربعی بالا، پیک‌های نمودار نشان‌دهنده وجود ولتاژ هستند و خط‌های پایین نبود ولتاژ را نشان می‌دهند. کامپیوترها از این فراز و فرودهای ولتاژ موج‌های مربعی را ایجاد می‌کنند که درادامه به کدهای باینری (۰ و ۱) ترجمه می‌شوند.

فرکانس رم مفهومی مرتبط با چرخه کلاک (Clock Cycle) رم است، درحالی که اکثر افراد فرکانس رم را برابر با سرعت رم می‌دانند؛ اما مقدار فرکانس تنها یک بخش از معادله سرعت رم را پوشش می‌دهد.

قضیه از این قرار است که هر خوانش و نگارش داده‌ای که انجام می‌شود را یک چرخه یا همان سیکل می‌گویند و رم برمبنای تعداد سیکل‌هایی که در یک ثانیه انجام می‌دهد، اندازه‌گیری می‌شود. بدین ترتیب، اگر رمی ۳٬۲۰۰ مگاهرتز باشد این توانایی را دارد که ۳٫۲ میلیارد سیکل را در هرثانیه کامل کند.

هرچه میزان سیکل بیشتر باشد؛ درنتیجه قدرت رم برای ذخیره و خوانش داده‌ها نیز بیشتر می‌شود که موجب تجربه کاربری روان‌تری خواهد شد. از سویی دیگر، ارتباط مستقیمی بین نرخ دوبرابر داده رم (DDR) و سیکل کلاک وجود دارد که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

همیشه عدد بزرگی که بعداز رم در معرفی مدل آن استفاده شده، مقیاس مگاهرتز داشته است؛ اما اخیراً بسیاری از تولیدکنندگان به‌صورت کاملاً اشتباه یا غیرمنصفانه، عدد بزرگی را دنباله نام مدل رم‌های خود به‌کار می‌برند که در اصل میزان نرخ تبادل داده را با واحد مگاترنسفر نشان می‌دهد.

البته، در برخی موارد به‌صورت مأخوذ به‌حیا (!!) بدون نوشتن MHz یا MT/s فقط عدد بزرگی را می‌نویسند و بدون اینکه توضیح بیشتری ارائه کنند باعث می‌شوند کاربران و خریداران با اتکا به دانش قبلی آن عدد را فرکانس رم تلقی کنند درحالی که آن عدد بسیار بیشتر از فرکانس واقعی رم خریداری‌شده خواهد بود.

درواقع، در بخش اعظمی از تبلیغات و بین بسیاری از کاربران و حتی برخی تولیدکنندگان حافظه همچنان سرعت رم را با واحد مگاهرتز نشان می‌دهند، درحالی که عدد منتسب به آن نشان‌دهنده نرخ انتقال Mega Transfers per Second یا همان MT/s است.

برای مثال، فرض کنید رم کینگستون DDR4-3200 را در جایی مشاهده کنید. بدون شک اولین برداشت این است که این مقدار باید فرکانس رم باشد، درحالی که این عدد نشان‌دهنده نرخ تبادل داده است و واحد اندازه‌گیری آن مگاترنسفربرثانیه است.

شکی در این موضوع نیست که اندازه‌گیری سرعت رم با نرخ تبادل داده درحال حاضر منطقی‌تر است؛ اما، باید تولیدکننده درباره‌ی این موضوع با استفاده از نمایش MT/s در نام مدل به خریدار یادآوری کند که عدد نوشته‌شده، فرکانس رم نیست بلکه نرخ تبادل داده را نشان می‌دهد.

تأخیر CAS یا Column Access Strobe میزان تأخیر رم در دریافت دستور و سپس ارسال پاسخ است. فرم عددی که تأخیر CAS را نشان می‌دهد بدین صورت خواهد بود: ۳۵-۱۷-۱۷-۱۵. این اعداد نشان‌دهنده تعداد چرخه‌های کلاکی هستند که رم برای پاسخگویی به دستور نیاز دارد و تأخیر CAS عدد اول این مجموعه ۴ عددی خواهد بود.

با‌این‌حال، تأخیر CAS روی سرعت کلی رم اثر می‌گذارد. برای مثال، مگاهرتز بالا با تأخیر CAS پایین، ممکن است نسبت به مگاهرتز پایین با CAS سریع‌تر، سرعت کم‌تری ارائه کند. بنابراین، سرعت رم درباره فرکانس رم نیست و عوامل بیشتری را دربر می‌گیرد.

دیگر فاکتوری که روی سرعت رم اثر دارد فناوری DDR است که نسخه‌های مختلفی دارد. در علوم کامپیوتر گذرگاهی که نرخ دوبرابر داده یا DDR باشد، نقل و انتقال داده را در هر دو سمت اوج و فرود سیگنال کلاک انجام می‌دهد.

چنین قابلیتی موجب می‌شود که در هر چرخه کلاک، داده به‌طور هم‌زمان دو نوبت ارسال و دریافت شود. چنین فرایندی باعث می‌شود که پهنای باند حافظه دوبرابر شود و همچنین اثری نیز بر سرعت ورود و خروج داده به رم خواهد داشت.

با‌این‌تفاسیر، سرعت رم شاید با مگاهترز برثانیه یا مگاترنسفر برثانیه اندازه‌گیری شود؛ اما برای درک اینکه چرا تولیدکنندگان رم از مگاهرتز برای بیان آن استفاده می‌کنند و چرا عده‌ای به‌شدت با چنین معیاری مخالف هستند، باید بیشتر درباره فرکانس و نرخ داده بداینم تا چگونگی تأثیر آن‌ها بر سرعت رم و عملکرد کلی رم را تشخیص دهیم.

ماژول‌ها رم مانند هر دستگاه حافظه دیجیتالی مدرنی متشکل از ترانزیستورهایی هستند که نقش سوئیچ را ایفا می‌کنند. این سوئیچ‌ها درست مانند کلید خاموش و روشن کردن لامپ اتاق عمل می‌کنند.

در الکترونیک، سوئیچ روشن به‌معنای عدد یک و سوئیچ خاموش به‌معنای عدد صفر است و همین اعداد صفر و یک (اعداد باینری) تمام داده‌های درحال اجرا روی سیستم را می‌نویسند.

وقتی سرعت رم را با استفاده از فرکانس رم اندازه‌گیری کنند، میزان سرعت تغییر سوئیچ ترانزیستورها به‌صورت تجمعی درهرثانیه را نشان می‌دهد. بنابراین، اگر رمی ۳٬۶۰۰ مگاهرتز باشد می‌توان انتظار داشت که ترانزیستورهای آن در مجموع درهر ثانیه ۳٫۶ میلیارد بار سوئیچ کنند.

درمورد اندازه‌گیری سرعت رم با استفاده از معیارهای نرخ‌داده یعنیMT/s، فرکانس یا سرعت کلاک رم صرفاً میزان داده‌ای که رم می‌تواند درهر ثانیه انتقال دهد را تعیین نمی‌کنند.

با‌این‌حال، وقتی سرعت رم با استفاده از نرخ داده محاسبه شود، کل پهنای باندی که رم می‌تواند داده را در یک ماژول حافظه ردوبدل کند، درنظر گرفته خواهد شد. برای مثال، رم ۳٬۶۰۰ مگاترنسفری حداکثر ۲۸٫۸ گیگابایت داده در ثانیه منتقل خواهد کرد.

شبنم توایی

DDR5 چیست؟ هرآنچه باید درباره‌ جدید‌ترین استاندارد رم بدانید [به همراه ویدیو]

مطالعه '11

اگر نگاهی به تولیدکنندگان برتر رم در بازار داشته باشید خواهید دید که محصولات شرکت‌هایی مثل سامسونگ، مایکرون و SK Hynix با مقدار مگاهرتز (فرکانس) دسته‌بندی شده‌اند. هرچند، شاید بسیاری از کاربران نیز با چنین روشی برای بیان سرعت رم مشکلی نداشته باشند؛ اما دلیلی نمی‌شود که اکنون این روش صحیح باشد.

مسئله این است زمانی که در دهه ۹۰ میلادی (هفتاد خورشیدی) فناوری SDRAM معرفی شد، استفاده از واحد اندازه‌گیری مگاهرتز برای نمایش سرعت رم صحیح بود. چرا که در آن زمان داده‌ها به صورت همگام با سرعت کلاک منتقل رم می‌شدند. بنابراین، اگر فرکانس رم ۴۰۰ مگاهرتز بود، نرخ داده نیز باید مشابه با سرعت کلاک مقدار ۴۰۰ مگاترنسفر برثانیه را نشان می‌داد.

اما، با معرفی فناوری نرخ دوبرابر داده یا Double Data Rate یا همان DDR در رم، دیگر مقدار فرکانس رم (MHz) و نرخ داده (MT/s) برابر نبودند و همان‌طور که پیش‌تر در تعریف DDR اشاره شد، این فناوری نرخ انتقال داده را دوبرابر کرد.

با فناوری DDR، رم می‌تواند با انتقال داده در هردو سمت فراز و فرود سیگنال موج مربعی، حجم انتقال داده را دوبرابر کند، درحالی که سرعت کلاک را نیز همچنان حفظ می‌کند. البته، مدل‌هایی از رم هستند که به‌صورت اورکلاک‌شده عرضه می‌شوند و فرکانس رم بیشتری نسبت‌به مدل‌های هم‌سطح خود ارائه می‌کنند.

اما، مشکل آنجایی ایجاد می‌شود که تولیدکنندگان با توجه به اینکه عدد نرخ تبادل بیشتراز فرکان رم است، آن را بدون واحد اندازه‌گیری کنار مدل رم قرار دهند و باعث گمراهی کاربران و خریداران شوند.

درواقع، استفاده جهانی از واحد مگاهرتز در اندازه‌گیری سرعت رم به نخستین نسل‌های حافظه رم بازمی‌گردد که آن‌ها را با نام SDR یا همان Single Data Rate می‌شناسیم و خبری از DDR نبود و داده‌ها به‌ازای هر چرخه کلاک، یک‌بار ردوبدل می‌شدند. با‌این تفاسیر، باید مراقب باشید که حین انتخاب و خرید رم، نرخ تبادل داده به‌جای فرکانس رم درنظر گرفته نشود.

بنابراین، اگر مشخصات حافظه رم را در تسک منیجر ویندوز بررسی کنید، برای مثال، سرعت ۳٬۶۰۰ مگاهرتز را درمقابل ردیف Speed خواهید دید که این غلط است و درواقع آن مقدار داده‌ای است که رم در یک ثانیه انتقال می‌دهد. درنتیجه، فرکانس رم در مثال ما باید ۱٬۸۰۰ مگاهرتز باشد یا با ۳٬۶۰۰ مگاترنسفربرثانیه نشان داده شود.

جمع‌بندی

فرکانس رم با توجه به اینکه تعداد دفعاتی که داده‌ها روی رم نگارش و خوانش می‌شوند را نشان می‌دهد، رابطه مستقیم با سرعت و عملکرد رم خواهد داشت؛ اما، با درنظر داشتن فناوری DDR که نرخ دوبرابری داده را فراهم کرده است، شاید بهتر باشد که به‌جای اندازه‌گیری فرکانس رم، حجم نقل‌وانتقال داده را با معیار مگاترنسفر محاسبه کنیم تا دیدبهتری از سرعت رم به‌دست آوریم.