درک اینکه کامپیوترها چگونه داده ها را مدیریت و ذخیره می کنند هم برای کاربران و هم برای توسعه دهندگان بسیار مهم است. این درس مفاهیم کلیدی مدیریت و ذخیره سازی حافظه را پوشش می دهد و نحوه استفاده نرم افزار از این منابع را بررسی می کند.
در هسته خود، حافظه کامپیوتر جایی است که داده ها به طور موقت برای دسترسی سریع توسط پردازنده ذخیره می شوند. انواع اصلی حافظه در رایانه عبارتند از: حافظه با دسترسی تصادفی (RAM) و حافظه فقط خواندنی (ROM).
RAM فرار است، به این معنی که فقط در هنگام روشن بودن، داده ها را حفظ می کند. از سوی دیگر، رام غیرفرار است و داده های ضروری مانند سیستم عامل سیستم را ذخیره می کند که اغلب تغییر نمی کند.
مدیریت حافظه فرآیند کنترل و هماهنگی حافظه کامپیوتر است که بخش هایی به نام بلوک را به برنامه های مختلف در حال اجرا اختصاص می دهد تا عملکرد کلی را بهینه کند.
راه های مختلفی وجود دارد که سیستم عامل می تواند حافظه را به برنامه ها اختصاص دهد:
تخصیص پویا را می توان بیشتر به تخصیص پشته و تخصیص پشته تقسیم کرد. تخصیص پشته سریع است اما از نظر اندازه محدود است، در حالی که تخصیص پشته انعطاف پذیرتر است اما به مدیریت دستی در زبان هایی مانند C و C++ نیاز دارد.
حافظه مجازی تکنیکی است که امکان اجرای فرآیندهایی را می دهد که ممکن است به طور کامل در RAM نباشند. حافظه موجود را با استفاده از بخشی از هارد دیسک به عنوان ذخیره موقت یا فضای مبادله افزایش می دهد.
سیستم عامل حافظه مجازی را به صفحاتی تقسیم می کند که هر کدام را می توان به طور مستقل در صورت نیاز به رم وارد کرد. فرمول محاسبه اندازه حافظه مجازی \( \textrm{حافظه مجازی} = \textrm{اندازه رم} + \textrm{جابجایی فضا} \) است.
در زبان های برنامه نویسی مانند جاوا و پایتون، مدیریت حافظه اغلب از طریق فرآیندی به نام جمع آوری زباله به صورت خودکار انجام می شود. این فرآیند به طور خودکار حافظه تخصیص یافته به اشیایی را که دیگر توسط برنامه استفاده نمی شود، بازیابی می کند.
فراتر از ذخیره سازی موقت داده ها در RAM، ذخیره دائمی داده ها برای برنامه ها، فایل ها و خود سیستم عامل مورد نیاز است. دو نوع اصلی از دستگاه های ذخیره سازی وجود دارد:
از سیستم های فایل برای مدیریت و سازماندهی داده های ذخیره شده در این دستگاه ها استفاده می شود. فایل سیستم های رایج عبارتند از FAT32، NTFS برای ویندوز و EXT4 برای لینوکس.
داده ها در یک سیستم فایل در یک ساختار سلسله مراتبی سازماندهی می شوند که با یک فهرست ریشه شروع می شود. هر فایل یا دایرکتوری می تواند دارای ویژگی هایی مانند نام، اندازه و مجوزها باشد.
RAID (آرایه مازاد دیسک‌های مستقل) فناوری است که از چندین دستگاه ذخیره‌سازی به عنوان یک واحد ذخیره‌سازی واحد استفاده می‌کند و افزونگی داده و عملکرد بهبود یافته را فراهم می‌کند. سطوح مختلفی از RAID وجود دارد که هر کدام تعادل های متفاوتی از عملکرد و افزونگی را ارائه می دهند.
فضای ذخیره سازی ابری به کاربران اجازه می دهد تا داده ها را در سرورهای راه دور که از طریق اینترنت به آنها دسترسی دارند ذخیره کنند. مقیاس پذیری، افزونگی داده ها و راحتی دسترسی از هر نقطه با اتصال به اینترنت را ارائه می دهد.
مدیریت کارآمد حافظه و راه حل های ذخیره سازی مناسب برای عملکرد روان سیستم های کامپیوتری حیاتی هستند. از ذخیره‌سازی موقت داده‌ها در رم گرفته تا ذخیره‌سازی طولانی‌مدت داده در SSD و سرویس‌های ابری، درک این مفاهیم برای پیمایش در دنیای دیجیتال ضروری است.
