مضخم إشارة
المحتويات
في البداية، مضخم الإشارة هو دائرة إلكترونية تُستعمل لتضخيم الإشارات الضعيفة وكشفها في الأنظمة الإلكترونية. تُستعمل مضخمات الإشارة عادةً في دوائر الذاكرة، مثل ذاكرة الوصول العشوائي الحركية، لقراءة الإشارات الضعيفة المختزنة في خلايا الذاكرة وتضخيمها. وفيما يلي تفاصيل أوسع عن ذلك.
وفي السياق ذاته، تتكون دوائر مُضخِّم الإشارة الحديثة من اثنين إلى ستة ترانزستورات (عادةً أربعة)، على حين احتوت مُضخِّمات الإشارة القديمة للذاكرة ذات النواة المغناطيسية أحيانًا على ما يصل إلى 13 ترانزستورًا. هُناك دائمًا مُضخِّم إشارة واحد لكل عمود من خلايا الذاكرة، لذا يوجد عادةً المئات أو الآلاف من مُضخِّمات الإشارة المتطابقة على رقاقة الذاكرة الحديثة. وبذلك، تُعد مُضخِّمات الإشارة من الدوائر التناظرية القليلة المتبقية في النظام الفرعي للذاكرة في الحاسوب.
وعلى صعيد آخر، يعود أصل المُصطلح إلى عصر استخدام الذواكر ذات النواة المغناطيسية. وفي ذاكرة الحاسوب الحديثة، يُعد مُضخِّم الإشارة أحد العناصر المكونة للدائرة الإلكترونية الموجودة على رقاقة ذاكرة أشباه الموصلات (الدائرة المتكاملة). يُعد مُضخِّم الإشارة جزءًا من دائرة القراءة المستعملة عند قراءة البيانات من الذاكرة؛ ويتمثل دوره في استشعار الإشارات منخفضة الطاقة من خط البت الذي يُمثل بت البيانات (1 أو 0) المخزن في خلية الذاكرة، ثُم تضخيم تأرجح الجهد الصغير إلى مستويات منطقية مفهومة لكي تتمكن الدوائر المنطقية الواقعة خارج الذاكرة من فهم البيانات وتفسيرها بشكل صحيح.
أهداف التصميم
وعلى صعيد آخر، تُصمم مضخمات الإشارة بهدف تحقيق مستوى التضخيم المطلوب، مع أقل تأخير ممكن للإشارة، وأقل استهلاك للطاقة. كما يُشترط أن يُراعى في تصميم مُضخمات الإشارة التوافق مع المساحات المحدودة، فضلًا عن الموثوقية العالية والدقة عالية.
البنية الأساسية
في هذا الإطار، يُستعمل مُضخّم الإشارة أثناء قراءة البيانات وتحديثها من الذاكرة المعنية.
تشغيل ذاكرة الوصول العشوائي الحركية
من جهة ثانية، يلعب مضخم الإشارة في تشغيل ذاكرة الوصول العشوائي الحركية دورًا مُشابهًا إلى حد كبير للدور الذي يلعبه في ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة، ولكنه في حالة ذاكرة الوصول العشوائي الحركية يؤدي وظيفة إضافية، حيث تُخزن البيانات في رقائق ذاكرة الوصول العشوائي الحركية على شكل شحنة كهربائية في مكثفات صغيرة داخل خلايا الذاكرة. وتؤدي عملية القراءة إلى استنزاف الشحنة في الخلية، مما يؤدي إلى فقدان البيانات، لذلك بعد قراءة البيانات، يجب على مضخم الإشارة إعادة كتابتها فورًا في الخلية عن طريق تطبيق جهد كهربائي عليها، مما يؤدي إلى إعادة شحن المكثف، وتُعرف هذه العملية باسم تحديث الذاكرة.
دوره في تشغيل رقاقة الذاكرة
وفي هذا السياق، تُخزّن البيانات في رقاقة ذاكرة أشباه الموصلات في دوائر صغيرة تُسمى خلايا الذاكرة. تُستعمل مُضخّمات الإشارة بشكل أساسي في خلايا الذاكرة المتطايرة، والتي تكون إما خلايا ذاكرة وصول عشوائي ساكنة أو خلايا ذاكرة وصول عشوائي حركية. تُرتب خلايا ذاكرة أشباه الموصلات في صفوف وأعمدة على رقاقة الذاكرة بحيث يتصل كل خط بكل خلية في الصف. تُسمى الخطوط الممتدة على طول الصفوف بخطوط الكلمات، ويتم تنشيطها بتطبيق جهد كهربائي عليها، بينما تُسمى الخطوط الممتدة على طول الأعمدة بخطوط البت، ويتّصل كُلّ خطي بت متكاملين بمُضخّم إشارة موجود على حافة المصفوفة، ويكون عدد مُضخِّمات الإشارة دائمًا مساويًا لعدد خطوط البت المُتّصلة على الرقاقة. تقع كل خلية ذاكرة عند تقاطع خط كلمة وخط بت مُحددين يُستعملان لعنونتها. تُقرأ البيانات في الخلايا أو تُكتب بواسطة خطوط البت نفسها التي تمتد على طول الجزء العلوي من الصفوف والأعمدة.
تشغيل ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة
إضافةً إلى ذلك، يلعب مضخم الإشارة دورًا حاسمًا في تشغيل ذاكرة الوصول العشوائي الساكنة. فعند الحاجة لقراءة بت من خلية ذاكرة معينة، يتم تفعيل خط الكلمة على طول صف الخلية، مما يؤدي إلى تنشيط جميع الخلايا في ذلك الصف. ثم تنتقل القيمة المخزنة (0 أو 1) من الخلية إلى خطوط البت المرتبطة بها. ويقوم مضخم الإشارة الواقع في نهاية خطي البت المتكاملين بتضخيم الجهود الكهربية المنخفضة إلى مستوى منطقي طبيعي. لاحقًا، يتم تخزين البت من الخلية المطلوبة من مضخم الإشارة في مخزن مؤقت، ثم يتم إرساله إلى ناقل الإخراج.
📝 هل في هذه المقالة خطأ؟
إذا وجدت معلومة تحتاج تصحيحاً أو إضافة، أو أردت حذف المقالة، أرسل لنا طلباً وسنراجعه.
ما رأيك في هذه المقالة؟