ذاكرة فيديو ثنائية المنافذ

ذاكرة الفيديو ثنائية المنافذ هي نوع من ذاكرة الوصول العشوائي ثنائية المنافذ مشتقة من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، وقد تم استخدامها تاريخيًا لتخزين إطار العرض في بطاقة الرسومات ، وكانت تسمى في ذلك الوقت غالبًا VRAM .

على عكس ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية التقليدية، تتميز ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM) بمنفذين: أحدهما لوحدة المعالجة المركزية (CPU) والآخر لوحدة التحكم في عرض الفيديو (VDC). يتيح هذا التصميم الوصول المتزامن للبيانات، فبينما تقوم وحدة المعالجة المركزية بكتابة البيانات، تستطيع وحدة التحكم في عرض الفيديو قراءتها بشكل مستقل. هذا يُلغي حالات الانتظار ، مما يضمن أداءً أكثر سلاسة وعرضًا فعالًا للشاشة.

استُخدمت ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM) على نطاق واسع بين منتصف الثمانينيات ومنتصف التسعينيات. ومع ظهور تقنيات ذاكرة عالية الأداء، تم التخلص تدريجياً من ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو ثنائية المنافذ. واليوم، يُمكن أن يُشير مصطلح "VRAM" إلى أنواع ذاكرة الفيديو الحديثة أيضاً، مما قد يُؤدي إلى الخلط بينها وبين هذا النوع الأصلي ثنائي المنافذ.

استخدمت الحواسيب القديمة ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية ^{( DRAM )} لتخزين بيانات الفيديو لعرضها على شاشة تلفزيون تقليدية أو جهاز تلفزيون مُعدّل يدعم إدخال الفيديو المركب . وللعمل مع هذه الشاشة، كان من الضروري للغاية أن تُخرج وحدة معالجة الفيديو إشارة دقيقة التوقيت. ونظرًا لسرعات عمل الذاكرة في ذلك الوقت، كانت قراءة البيانات لتغذية وحدة معالجة الفيديو تستهلك جزءًا كبيرًا من قدرة الذاكرة. وتعارض هذا مع حاجة وحدة المعالجة المركزية (CPU) لكتابة البيانات إلى الذاكرة ليقرأها نظام الفيديو، إذ لم يكن بإمكان كليهما استخدام نفس الذاكرة في الوقت نفسه.

استُخدم حلان رئيسيان لتجنب مشاكل التوقيت. في الأنظمة ذات الأسعار المرتفعة، كانت أنظمة الفيديو مزودة بذاكرة مخصصة، وتستخدم وحدة المعالجة المركزية نظامًا منفصلاً لتخزين البيانات. هذا الحل قضى على أي احتمال للتنازع على الذاكرة، ولكنه كان يتطلب ذاكرة منفصلة في عصر كانت فيه الذاكرة باهظة الثمن. كما كان الاتصال يتم غالبًا عبر ناقل نظام بطيء ، مما حدّ من سرعة إجراء التغييرات على الشاشة، وجعل الرسومات التفاعلية صعبة. أما الحل الآخر، المستخدم في معظم أجهزة الكمبيوتر المنزلية ، فكان استخدام بنك ذاكرة مشترك واحد، والسماح لوحدة معالجة الفيديو بالتحكم في الوصول إلى الذاكرة، وإيقاف وحدة المعالجة المركزية مؤقتًا عند الحاجة. قد يؤدي هذا إلى انخفاض أداء الحوسبة نظرًا لتكرار دخول وحدة المعالجة المركزية في حالات الانتظار هذه ، ولكنه يتميز بكونه أقل تكلفة، ويسمح لوحدة المعالجة المركزية بتحديث الشاشة بسرعة أكبر، وبالتالي توفير تفاعلية أكبر.

بحلول أوائل ثمانينيات القرن العشرين، ومع ظهور شاشات ذات دقة عرض أعلى بكثير تتطلب مخازن إطارات أكبر، وواجهات المستخدم الرسومية الجديدة التي تتطلب دقة عالية وأداءً عامًا عاليًا، أصبح أداء نظام الفيديو مشكلة متزايدة الصعوبة ^{[ 1 ]} . ظهرت أنظمة معقدة مثل أميغا للتحكم بدقة في الوصول إلى الذاكرة وتقليل التنازع، ولكن على الرغم من أن هذه الأنظمة قللت من المشكلة، إلا أنها لم تقضِ عليها تمامًا.

كان الحل هو استخدام ذاكرة يمكن الوصول إليها من قِبل وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الفيديو في آنٍ واحد. وقد اخترعها كلٌ من ف. ديل، ود. لينغ، و ر. ماتيك في قسم الأبحاث بشركة آي بي إم عام ١٩٨٠، وحصلوا على براءة اختراع عام ١٩٨٥ (براءة الاختراع الأمريكية رقم ٤,٥٤١,٠٧٥). ^{[ ٢ ]} كان أول استخدام تجاري لذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM) في محول رسومات عالي الدقة طرحته شركة آي بي إم عام ١٩٨٦ لنظام الكمبيوتر الشخصي IBM RT ، والذي وضع معيارًا جديدًا لشاشات العرض الرسومية. قبل تطوير ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو، كانت الذاكرة ثنائية المنافذ باهظة الثمن، مما حدّ من إمكانية استخدام الرسومات النقطية عالية الدقة على محطات العمل المتطورة. حسّنت ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو من إنتاجية مخزن الإطارات بشكل عام، مما أتاح رسومات ملونة عالية الدقة والسرعة ومنخفضة التكلفة. استفادت أنظمة التشغيل الحديثة القائمة على واجهة المستخدم الرسومية من ذلك، وبالتالي، شكّلت عنصرًا أساسيًا لانتشار واجهات المستخدم الرسومية في جميع أنحاء العالم آنذاك.

تُرتّب ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) داخليًا في مصفوفة من صفوف وأعمدة من المكثفات ، حيث يحتوي كل تقاطع بين صف وعمود على بت واحد في خلية . في الاستخدام المعتاد، يطلب المعالج المركزي (CPU) عند الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية كمية صغيرة من البيانات في كل مرة، ربما بايت واحد . لقراءة بايت للمعالج المركزي، تقوم ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية بفك تشفير العنوان المُقدّم إلى سلسلة من ثماني خلايا تحتوي على البتات الثمانية في ذلك البايت، ثم تقرأ الصف بأكمله الذي يحتوي على تلك الخلايا، وتُخزّن البيانات المطلوبة ليتم قراءتها على ناقل البيانات . في ذلك الوقت، كان عرض الصفوف عادةً 1024 خلية.

تُعتبر ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) من نوع التدميري ، بمعنى أن قراءة صف منها تؤدي إلى مسح البيانات الموجودة فيه. ولجعل البيانات دائمة، يجب أن تتبع كل عملية قراءة قيام ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) بكتابة البيانات نفسها مرة أخرى إلى ذلك الصف. لهذا السبب، تتم قراءة صف كامل مكون من 1024 خلية (على سبيل المثال) على الرغم من أن المعالج لا يطلب سوى ثماني خلايا؛ فبينما يقرأ المعالج تلك البيانات عبر ناقل البيانات ، تقوم ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) بنسخ الصف بأكمله من وحدات التخزين المؤقتة (Lagches) إلى ذلك الصف، مما يؤدي إلى تحديثه. عند النظر إلى العملية ككل، فهذا يعني أن ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) تقرأ صفوفًا كاملة من البيانات بشكل متكرر، وتختار بايتًا واحدًا من تلك البيانات وتتجاهل الباقي، ثم تعيد كتابتها بالكامل مرة أخرى.

تعمل ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM) عن طريق عدم تجاهل البتات الزائدة في الصف. بدلاً من ذلك، تُرسل البيانات المقروءة إلى وحدة تخزين الصف إلى مجموعة ثانية من المزالج المتصلة بمُبدِّل بتات مُرتبط . من هذه النقطة، يمكن قراءة البيانات بتًا واحدًا في كل مرة عن طريق تشغيل المُبدِّل. يتطلب هذا منفذين فقط، أحدهما لبت الإخراج، والآخر لتشغيل الإدخال (أو النبضة ). لا تحتوي ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM) عادةً على ناقلَي عناوين ، مما يعني أن وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة معالجة الرسومات (GPU) لا تزالان بحاجة إلى التناوب في الوصول إلى الشريحة، ولكن نظرًا لقراءة صف كامل من البيانات إلى برنامج تشغيل الرسومات، وقد يُمثل هذا الصف عدة خطوط مسح على الشاشة، يمكن تقليل عدد مرات مقاطعة وحدة المعالجة المركزية بشكل كبير. ^{[ 3 ]}

وُصفت هذه العملية في ورقة بحثية بعنوان "ذاكرة عرض نقطية قابلة للعنونة لجميع النقاط" من تأليف ر. ماتيك، ود. لينغ، وس. غوبتا، وف. ديل، نُشرت في مجلة IBM للبحث والتطوير، المجلد 28، العدد 4، يوليو 1984، الصفحات  379-393. لاستخدام منفذ الفيديو، يستخدم المتحكم أولًا منفذ DRAM لاختيار صف مصفوفة الذاكرة المراد عرضه. ثم تنسخ ذاكرة VRAM هذا الصف بأكمله إلى مخزن مؤقت داخلي للصفوف ، وهو عبارة عن مسجل إزاحة . بعد ذلك، يستطيع المتحكم مواصلة استخدام منفذ DRAM لرسم الكائنات على الشاشة. في الوقت نفسه، يُرسل المتحكم إشارة ساعة تُسمى ساعة الإزاحة (SCLK) إلى منفذ الفيديو الخاص بذاكرة VRAM. تتسبب كل نبضة من نبضات SCLK في قيام ذاكرة VRAM بتسليم البيانات التالية بترتيب عناوين دقيق، من مسجل الإزاحة إلى منفذ الفيديو. ولتبسيط الأمر، يُصمم محول الرسومات عادةً بحيث يتوافق محتوى الصف، وبالتالي محتوى مسجل الإزاحة، مع خط أفقي كامل على الشاشة.

خلال تسعينيات القرن الماضي، استخدمت العديد من الأنظمة الفرعية الرسومية ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM)، حيث رُوِّج لعدد الميغابتات كنقطة بيع رئيسية. وفي أواخر التسعينيات، أصبحت تقنيات ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية المتزامنة (SDRAM) تدريجيًا ميسورة التكلفة، وذات كثافة عالية، وسريعة بما يكفي لتحل محل ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو، على الرغم من أنها أحادية المنفذ وتتطلب مساحة أكبر. ومع ذلك، فقد استُخدمت العديد من مفاهيم ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو، مثل التخزين المؤقت الداخلي على الشريحة والتنظيم، وجرى تحسينها في محولات الرسومات الحديثة. ^{[ 4 ]}

• ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو