Community project by students of the Faculty of Information Technology, University of Moratuwa, Sri Lanka.

5.1. විවිධ වර්ගයේ මතකයන් සහ ඒවායේ ප්‍රධාන ලක්ෂණ හඳුනා ගැනීමට පරිගණක මතක පද්ධතිය පරීක්ෂා කිරීම (PC memory system to identify different types of memories and their main characteristics)

පරිගණක පද්ධතිය තුල භාවිතා වන විවිධ මතක උපාංග සහ ඒවායේ ගතිගුණ (Different types of memories and their characteristics)

මෙම ලිපියේ මුලික අරමුණ වනුයේ පරිගණක පද්ධතියේ ක්‍රියාකාරිත්වයට අත්‍යවශ්‍යම උපාංගයක් වන මතක උපාංග(memories) පිලිබඳ හැඳින්වීමක් උසස් පෙළ හදාරන ඔබට ලබා දීම වේ. මෙහිදී අපි පරිගණක පද්ධතිය තුල පවතින විවිද මතක උපාංග, ඒවායේ වර්ගීකරණය හා ඒවායේ පවතින මුලික ගති ලක්ෂණ පිලිබඳ කරුණු විමසා බලන්නෙමු. එසේනම් අපි පළමුකොටම මතක උපාංගයක් යනු කුමක්ද කියා සොයා බලමු.

පරිගණක පද්ධතියක් තුල දත්ත (data), තොරතුරු (Information) සහ උපදෙස් (instructions) තාවකාලිකව හෝ ස්ථිරව ගබඩා කර තැබීම සඳහා යොදා ගනු ලබන උපාංග හඳුන්වනුයේ මතක උපාංග ලෙස වේ.

මෙම අර්ථදැක්වීම දෙස බලන විට ඔබට හඳුනාගත හැකියි පරිගණකය තුල තාවකාලික හා ස්ථිර වශයෙන් මතක ගබඩා වර්ග  දෙකක් තිබෙන බව. කුමක්ද මේ තාවකාලික හා ස්ථිර මතක යන දෙවර්ගයෙන් අදහස් වනුයේ? අපි මෙය සරල උදාහරණයකින් පැහැදිලි කර ගනිමු. මෙම උදාහරණය මිනිසාගේ මතකය හා සම්බන්ධ දෙයකි.එය මෙසේය,

මම ඔබගෙන් අසුවොහොත් ඔබ අද උදැසනට අහාරයට ගත්තේ මොනවද කියා නිසැකයෙන්ම ඔබ නිවරදිව එයට පිළිතුර ලබාදෙනවා,

උදා: මම උදේට කැවේ බත් නැත් නම් මම කැවේ පාන් ලෙස

නමුත් මම ඔබගෙන් අසුවොහොත් ඔබ ගිය සතියේ මේ වගේ දවසක උදේට කැවේ මොනවද කියාල, ඇත්තෙන්ම ඔබට මේ සඳහා ක්ෂණිකවම පිලිතුරක් ලබා දෙන්න නොහැකි වෙවී. මන්ද යත් ඔබට ඔබගේ පෙර මතකයන් විමසීමට සිදුවෙන බැවිනි. නමුත් බොහෝවිට ඔබට නිවැරදි පිළිතුර ලබා දීමට නොහැකි වේ. මොකද ඒ මතකය ඔබගේ මතකෙන් ඉවත් වී ඇති නිසා. එසේ නම් එවැනි අපගේ එදිනෙදා පුරුදු හෝ එදිනෙදා සිදුකල සියලු දේ අපේ මතකයේ නොරැදේ. බොහෝ කරුණු එම දිනයේ අපි නින්දට ගිය පසු නැති වී යයි. මෙවැනි මතකයන් අපි තවකාලික මතකය(temporary memory) නැත නම් නශ්‍ය මතකය(volatile memory) ලෙස හනුන්වන්වෙමු.

නමුත් ඔබ සිතන්න ඔබට කෙදිනක හෝ ඔබගේ නම, ඔබගේ උපන් දිනය, ඔබගේ මවගේ නම නැත්නම් හොදම යාළුවගේ නම අමතක වී ඇත්ද කියා? පිළිතුරනැහැනේද? (කිසිදු රෝගී තත්වයක් නොමැතිව). එයට හේතුව නම් එවැනි අපට ඉතා වැදගත් කරුණු අපගේ ස්ථිර මතකයේ(permanent) නැත්නම් නශ්‍ය නොවන මතකයේ (non-volatile memory) ගබඩා වී ඇති නිසාවෙනි.

ඉතින් මෙම උදාහරණයේ සඳහන් මිනිස් මොළයත් පරිගනකෙයේ මතක උපාංගත් අතර ඇති  සම්බන්ධය කුමක්ද? ඇත්තවශයෙන්ම මේ උදාහරණයේ පවතින මිනිස් මොලයේ ස්වභාවය මෙන්ම පරිගනකයේ මතක උපාංගයන්ද නශ්‍ය(volatile) හා නශ්‍ය නොවන(non-volatile) මතකයන් ලෙස වර්ග කල හැක. නැතිනම් තාවකාලික හා ස්ථිර මතක ලෙස කාණ්ඩ කලහැක.උසස් පෙළ හදාරන ඔබට මෙම මතක වර්ග පිළිබඳව ගැබුරින් විමසීමට ඇත. එබැවින් අපි  මෙම මතක් වර්ග දෙකෙහි ගති ලක්ෂණ පිලිබන්දව නිදසුන් සමග විමසා බලමු.

පරිගනකයේ මතක උපාංග දෙවර්ගයකට වර්ග කල හැක. ඒවා නම්,

  1. නශ්‍ය මතකය (volatile memory)
  2. නශ්‍ය නොවන මතකය (non-volatile memory)

මේ එක් එක් මතකය පිලිබඳ හැදෑරීමට ප්‍රථම අපි ඔබට මෙම මතක වර්ගීකරනය පහත රූප සටහන මගින් සරලව ඉදිරි පත් කරන්නෙමු. එය ඔබට මෙම ලිපිය  අධ්‍යනය කිරීමට පහසුවක්  වේ. එලෙසම මතක ධුරාවලියද(memory hierarchy) අපි මෙහිදී ඉදිරපත් කරන්නෙමු.

දැන් අපි පරිගණකයේ මෙම එක් එක් මතකයන් පිලිබන්දව ඉහත රූප සටහන්ද උපයෝගී කරගෙන විමසා බලමු.පළමුව නශ්‍ය මතකය පිළිබඳව සොයමු.

නශ්‍ය මතකය (volatile memory)

නශ්‍ය මතකය සහිත උපාංග යනු එම උපාංගයන්හි දත්ත (data) රැඳී පවතිනුයේ එම උපාංගවලට අකණ්ඩව විදුලිය සැපයෙන තෙක් පමණි. යම් හෙයකින් මෙම වර්ගයේ මතක උපාංග වලට ලැබෙන විදුලිය විසංධි වුවහොත් ඒ වහාම එම මතක උපාංග වල ගබඩා වී තිබු දත්ත(data) සියල්ලම මැකී යනු ඇත. එසේ නම් මෙම මතකය සම්පූර්ණ වශයෙන් විදුලි සැපැයුම මත රඳා පවතින මතක වර්ගයකි.

එය එසේ වීමට පැහැදිලි හේතුවක් පවතී. සාමන්‍යයෙන් මෙම නශ්‍ය මතකය සහිත උපාංග පොදුවේ අර්ධ සන්නායක මතකයන් ලෙස හඳුනවති. එනම් මෙම මතකයන් සැදී ඇත්තේ ධාරිත්‍රක වැනි අර්ධ සන්නායක සහිත පරිපථ වල එකතුවක් ලෙසිනි. මෙම අර්ධ සන්නායක මතකයන්හි මුලික තැනුම් ඒකකය මතක කෝෂය (memory cell)  ලෙස හදුන්වනු ලබානවා. එබැවින් විදුලිය ඇති විටදී මෙම ධාරිත්‍රක වැහි මතකය ගබඩා කිරීමට උපකාර කරන අර්ධ සන්නායක උපාංග විවිධ ධාරිතා මට්ටම් වල රැඳී පවතී. නමුත් පරිගණකය ක්‍රියා විරහිත කලවිට එසේත් නැති නම් විදුලිය විසන්ධි වූ විට ඒවා විමෝචනයට(discharge) ලක් වේ. එබැවින් පෙර වූ දත්තයන් සියල්ල මැකී යයි. මේ අනුව පහත මතකයන් නශ්‍ය මතක ගණයට වර්ගකරනු ලැබේ.

  1.      සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකය (Random Access memory )
  2.      රෙජිස්තර මතකය ( Register memory )
  3.      සංචිත මතකය ( Cache memory )

 

1. සසම්භවි ප්‍රවේශ මතකය (RAM)

මෙය පරිගණකයේ ප්‍රධාන මතකය(main memory) ලෙසද හදුන්වනු ලැබේ. එලෙසම මෙයට ලියන/ කියන(read/write) මතකය ලෙසද හඳුන්වනු ලබනවා. එනම් මෙහි මතක කෝෂයක (a cell) එක් අවස්ථාවක පැවතිය හැක්කේ ලිවීම් හෝ කියවීම යන අවස්ථා ( state) දෙකෙන් එකක් පමණි.එය පහත රූප සටහන් මගින් මානව පැහැදිලිවේ යැයි මම සිතමි.

මෙම මතකයේ මුලිකම කාර්යය වනුයේ පරිගනකයේ මධ්‍ය සැලසුම් ඒකකය (CPU) යම් කාර්යයන් සිදුකිරීම සඳහා අවශ්‍ය වන පද්ධති මෘදුකාංග (system software), යෙදුම් මෘදුකාංග (application software) සහ අනෙකුත් අවශ්‍ය දත්ත රඳවා තබා ගැනීම වේ. මෙහි සුවිශේෂී ලක්ෂණය වන්නේ සැලසුම් ඒකකයට  (CPU)  ප්‍රධාන මතකයේ (main memory) ඇති දෑ කෙලින්ම ප්‍රවේශ කර ගැනීමට හැකියාවක් තිබීමය. මේ සඳහා එක් එක් දත්ත ගබඩා  වූ ස්ථානයේ මතක ලිපිනය (memory address) යොදා ගනු ලබනවා.  එලෙසම සකසනය (CPU) මෙම මතකයේ ඕනෑම තැනකින් කෙලින්ම දත්ත ප්‍රවේශ කරගනු ලබන අතර ඒ සඳහා විශේෂිත වූ පිළිවෙලක් අවශ්‍ය නොවේ. ඒ නිසා මෙම මතකය සසම්භාවී (Random) ප්‍රවේශ (Access) මතකය (Memory) ලෙස හනුන්වනු ලබනවා.

මෙම සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකය වේගවත් (fast) වනවා සේම ඒවාට විවිධ වූ ධාරිතා (capacity) ඇත.උදාහරණයක් ලෙස 4GB ,2GB ධාරිතාවක් සහිත සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකයන්.(4GB, 2GB RAM)

තවදුරටත් විස්තර කළහොත් මෙම සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතක වර්ග දෙකකින් ලබා ගත හැක. ඒවා නම් ,

  •      ගතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතක (DRAM)
  •      ස්ථීතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතක (SRAM)                  ලෙස වේ.

මීළඟට මෙම සසම්භාවී මතක වර්ගයන් පිළිබඳව විමසමු.

ගතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකය (Dynamic Random Access Memory=DRAM)

මෙය නුතන පරිගණක වල සුලබව දක්නට ලැබෙන මතක වර්ගයකි. මෙහි එක් බිටුවක් (1bit) ගබඩා කරනවා යනු එහි ඇති ධරිත්‍රකයක් (capacitor) යම් වෝල්ටීයතාවයකට ආරෝපණය(charge) කිරීම වේ. .එය ධාරිත්‍රරකයක් නිසා එම වෝල්ටීයතාව නිතර විමෝචනයට (discharge) ලක් වීම සිදු වේ. මෙය එක්තරා අවාසිදායක තත්වයක් වනුයේ මෙම මතක වල තැන්පත් කර ඇති කුමන හෝ දත්ත නිරන්තරයෙන් පුබුදු කිරීමක් (refresh) සිදු කල යුතු නිසාවෙනි.එමනිසා මෙම මතකයේ පුබුදු කිරීම (refresh) සඳහා වූ සුවිශේෂී පරිපථයක්ද(circuit) දැකගත හැක.

මෙය ස්ථීතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකයට (SRAM) වඩා මිලෙන් අඩු වන අතරම වේගයෙන්ද අඩු (slow)වේ.එලෙසම එක බිටුවක් (1bit) ගබඩා කිරීම සඳහා වැයවෙන විදුලියද අඩු වේ(smaller per bit). නමුත් මෙහි දත්ත ඝනත්වය(size per bit) සාපේක්ෂව වැඩි වේ.

උදා: ප්‍රධාන මතකය ( RAM )

ස්ථීතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතක (Static Random Access Memory)

මෙය ගතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකයේ මෙන් නොව මතකයන් ගබඩා කර තබනුයේ ඇරෙන/වැසෙන ස්විච් (on/off switch) තුල වේ. එම නිසා මෙහි කිසිඳු වෝල්ටීයතා විමොචන්යක්(discharge) සිදු නොවන අතර අමතර පුබුදු කිරීමේ පරිපථයක් (refresh circuit) මෙම මතක්යන්ට අවශ්‍ය නොවේ.නමුත් මෙයට සංකීර්ණ පරිපථ නිර්මාණයක් පවතී. එලෙසම මෙය ගතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකයට (DRAM) වඩා මිලෙන් අදික වන අතර එක බිටුවක් සඳහා වැයවන බලයද වැඩි වේ(larger per bit). ඒවාගේම මෙහි දත්ත ඝනත්වයද(size per bit) සාපේක්ෂව අඩු වේ.කෙසේ නමුත් මෙහි වාසියක් ලෙස ගතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකයට(DRAM) වාඩා වේගවත් බව (fast)  වැඩි වීම ලෙස හැදින්විය හැක.

උදා: සංචිත මතකය(cache memory)

ඉහත කරුණු අනුව ඔබට පැහැදිලි වෙනවා ඇති ස්ථීතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකයෙහි (SRAM) දත්ත ඝනත්වය  ගතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකයේ (DRAM) දත්ත ඝනත්වයට(size per bit) වාඩා අඩු බව. එලෙසම ස්ථීතික සසම්භාවී ප්‍රවේශ මතකය භාවිත නොකරන විට විදුලි බලය භාවිතය අවම වන නිසා ගතික මතක වර්ගයට වාඩා සකසනයේ (CPU) ඇති සංචිත මතක (cache memory) සඳහා වඩාත් හොඳ තොර ගැනීමක් ලෙස ස්ථීතික මතක දැක්විය හැක.

අනෙක් අතට ගතික මතක වල දත්ත ඝනත්වය වැඩි නිසා ප්‍රධාන මතකයට (main memory) එය වඩාත් උචිත වේ.

2. රෙජිස්තර මතකය ( Register memory )

Register Memoryපරිගනකය තුල පවතින ඉතා කුඩාම ධාරිතාවකින් යුක්ත මතකය රෙජිස්තර මතකය වේ. මෙම මතකයේ ඇති දත්ත වෙනත් ඕනෑම තැනක ඇති දත්ත වලට වඩා ඉතා වේගයෙන් සකසනයට(CPU) ප්‍රවේශ කර ගත හැක. එබැවින් මෙය පරිගනකයේ පවතින වේගවත්ම මතකය ලෙස හදුන්වනු අතරම මෙය මතක ධුරාවලියේ ඉහලින්ම පිහිටන මතකය වේ. මෙහි මිල පිළිබඳව විමසු විට පරිගණකයේ මිල අධිකම මතකය ලෙසද හැදින්විය හැක.

 

 

3. සංචිත මතකය ( Cache memory )

Cache Memoryසංචිත මතකය මතක ධුරාවලියේ ඉහල සිට දෙවන ස්ථානයේ පවතී. එනම් එයට රෙජිස්තර මතකයට වඩා වැඩි ධාරිතාවක්ද ප්‍රධාන මතකයට වඩා අඩු ධාරිතාවක්ද පවතින බවය. එලෙසම රෙජිස්තර මතකයට වඩා අඩු වේගයක්ද ප්‍රධාන මතකයට වඩා වැඩි වේගයකින් යුක්තව නිර්මාණය වී ඇති බවය. සංචිත මතකයක් පරිගනකයේ ක්‍රියාකාරිත්වයට අවශ්‍ය වන්නේ ඇයි? එයට හේතුව නම් මෙසේය.

 

පරිගණක යන්ත්‍රවල ක්‍රියාකාරිත්වය සම්බන්ධව කාලය මන්නිනුයේ ඉතා කුඩා ඒකක වලිනි. නිදසුනක් ගතහොත් පරිගනකයක සකසනය (CPU) ප්‍රධාන මතකයේ දත්ත(data in main memory) ප්‍රවේශ කර ගැනීමට ගතවන සාමාන්‍ය කාලය(average access time) නැනෝ තත්පර 60 (60ns) කි. නමුත් සකසනයේ ක්‍රියාකාරිත්වයට එක් චක්‍රයක් සඳහා නැනෝ තත්පර 2 (2ns) ක් ගත වේ. එබැවින් නැනෝ තත්පර 60 (60ns) සාපේක්ෂව ඉතා විශාල කාලයකි.   

එමනිසා පරිගණක සකසනයට තම කාර්ය සඳහා අවශ්‍ය වන දත්ත ප්‍රධාන මතකයේ(main memory) සිට ප්‍රවේශ කර ගැනීමට විශාල කාලයක් වැයවන කරුණක් බැවින් එය මග අරවා ගැනීම උදෙසා ප්‍රධාන මතකයට වඩා අඩු ධාරිතාවක් සහ එයට වඩා වැඩි වේගයක් සහිත මතකයක් සකසනයට ආසන්නව හෝ එය තුල පිහිටා තිබය යුතුය. එබැවින් සංචිත මතකය පරිගණක පද්ධතියට හදුන්වා දී ඇත.

නුතන පරගණක පිලිබඳ විමසු විට ඒවායේ සංචිත මතක මට්ටම් (levels) 3ක් පවතී.ඒ

  1.      පළමු මට්ටම් සංචිත මතකය (level 1 cache memory)
  2.      දෙවන මට්ටම් සංචිත මතකය (level 2 cache memory)
  3.      තෙවන මට්ටම් සංචිත මතකය (level 3 cache memory)                      ලෙසය.

මෙහි පළමු මට්ටම් සංචිත මතකය(L1) ඉතා වේගවත් වන අතර එය සකසනය තුල පිහිටා ඇත. එහි මෙම පිහිටීම හේතුවෙන් සකසනය හා එය සමග දත්ත හුවමාරු කරගැනීමට මවු පුවරුවේ (mother board) දත්ත බසය(data bus) අවශ්‍ය නොවේ.එබැවින් එය සකසනයේ වේගයට වඩා වේගයකින් ක්‍රියාත්මක වේ. දෙවන මට්ටම් (L2) හා තෙවන මට්ටම් (L3) සංචිත මතකයන් මවු පුවරුවේ හෝ සකසනය තුල හෝ ඉන් පිටත පිහිටිය හැක. මෙම මතකයන් මවු පුවරුව මත පිහිටන විට දත්ත හුවමාරුවීම මවු පුවරුවේ දත්ත බස් භාවිත කරන බැවින් තරමක් වේගය අඩු වුවද ප්‍රධාන මතකයට වඩා වේගවත් වේ. තෙවන මට්ටමේ සංචිත මතකය දෙවන මට්ටමේ සංචිත මතකය වෙතටත් එතැන් සිට පළමු මට්ටමේ සංචිත මතකය දක්වාත් දත්ත ගමනය සිදුවේ. මේ අනුව සකසනයට දත්ත ලබාදෙනුයේ පළමු මටටමේ සංචිත මතකය විසිනි.

මෙම මතක මට්ටම් සියල්ලම හෝ කිහිපයක් බොහෝ නුතන පරිගණක වල දැකිය හැක.

මේ සමග පරිගනකයේ පවතින නශ්‍ය මතකයන් පිළබඳ හැදෑරීම අවසන් වේ. මී ලඟට ගෙන එනුයේ පරිගනකයේ නශ්‍ය-නොවන මතකය පිළිබඳව වේ (Go To Page 2)

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *