שיעור 6: זיכרון והיררכיית הזיכרון
בשיעור הקודם כל המעגלים היו חסרי זיכרון — הפלט נקבע רק לפי הכניסות הנוכחיות. עכשיו נחצה גבול חשוב: לוגיקה סדרתית (Sequential Logic) — מעגלים שזוכרים. הפלט שלהם תלוי לא רק בכניסות אלא גם במצב שנשמר בהם מהעבר. נתחיל ביחידת האחסון הקטנה ביותר — תפס (Latch) ודלגלג (Flip-Flop) ששומרים ביט אחד — ונבנה מהם
עד עכשיו ראינו מעגלים ששוכחים מיד. עכשיו נבנה מעגלים שזוכרים: דלגלג ששומר ביט אחד, רגיסטרים מהירים במעבד, ו-RAM גדולה. ונראה למה מחזיקים את המידע הכי-בשימוש קרוב ומהיר במטמון.
- לוגיקה סדרתית
- מעגל שהפלט שלו תלוי גם בכניסות הנוכחיות וגם במצב שנשמר בו מהעבר — כלומר מעגל שיש לו זיכרון. ההפך מלוגיקה צירופית.
- תפס
- מעגל סדרתי בסיסי שמסוגל לשמור ביט אחד: אפשר 'לתפוס' בו ערך 0 או 1 והוא נשאר עד שמשנים אותו.
- דלגלג
- יחידת אחסון של ביט אחד שמתעדכנת בקצב השעון. דלגלג מסוג D 'תופס' את ערך הכניסה ברגע פעימת השעון ושומר אותו עד הפעימה הבאה.
- רגיסטר
- קבוצה קטנה של דלגלגים (למשל 8, 32 או 64) ששומרת ערך שלם בתוך המעבד. זהו הזיכרון המהיר ביותר במחשב.
- זיכרון גישה אקראית
- מערך גדול של תאי זיכרון שאפשר לפנות לכל אחד מהם ישירות לפי כתובת — לקרוא או לכתוב את הבית שבתא. נדיף: נמחק בכיבוי.
- כתובת
- מספר שמזהה תא מסוים בזיכרון. נותנים כתובת ומקבלים (או כותבים) את הערך שבתא הזה, כמו מספר דירה בבניין.
- נדיף
- תכונה של זיכרון שמאבד את תוכנו ברגע שמפסיקים את אספקת החשמל. RAM היא נדיפה; דיסק ו-SSD אינם נדיפים.
- מטמון
- זיכרון קטן ומהיר מאוד, קרוב למעבד (L1/L2/L3), ששומר עותק של הנתונים שבשימוש תכוף כדי לחסוך פנייה איטית ל-RAM.
- היררכיית הזיכרון
- סולם הזיכרון לפי מהירות, גודל ועלות: רגיסטרים ← מטמון (L1/L2/L3) ← RAM ← SSD/דיסק. ככל שמהיר יותר — קטן ויקר יותר.
- מקומיות ההתייחסות
- הנטייה של תוכניות לפנות שוב ושוב לנתונים שזה עתה השתמשו בהם או לנתונים סמוכים. בזכותה מטמון קטן 'מנחש' היטב מה יידרש בקרוב.
