Memory: RAM, ROM and Cacheبیرگە: RAM، ROM و کاش

The CPU can only work on things that are close to it. A program and its data first come from a drive or the internet, but the CPU cannot work on them there: it needs a fast working place that it can reach in a moment. That place is the main memory, also called primary storage, internal storage or simply RAM.

CPU تەنها دەتوانێت کار لەسەر ئەو شتانە بکات کە لێی نزیکن. بەرنامەیەک (Program) و دراوەکەی (Data) سەرەتا لە درایڤێک یان لە ئینتەرنێتەوە (Internet) دێن، بەڵام CPU ناتوانێت لەوێ کاریان لەسەر بکات: پێویستی بە شوێنێکی کارکردنی خێرا هەیە کە لە ساتێکدا بیگاتێ. ئەو شوێنە بیرگەی سەرەکییە، کە پێی دەوترێت بیرگەی ناوخۆیی یان بە سادەیی RAM.

Main memory has four jobs. It holds: (1) all the data and instructions the CPU needs for the work; (2) the intermediate results while the work is going on; (3) the final results before they are sent to an output device such as the screen or a printer. And (4) everything that comes in from input devices or goes out to output devices passes through main memory on its way. Software must be in memory to run.

بیرگەی سەرەکی چوار کاری هەیە. ئەمانە هەڵدەگرێت: (١) دراوە و ڕێکارنامەکان (Instruction)، هەموو ئەوەی CPU بۆ کارەکە پێویستی پێیەتی؛ (٢) ئەنجامە نیوەڕێکان لە کاتی کارەکەدا؛ (٣) ئەنجامە کۆتاییەکان پێش ئەوەی بنێردرێن بۆ ئامێرێکی دەرخستە (Output device) وەک شاشە (Monitor) یان چاپەر (Printer). هەروەها (٤) هەرچی لە ئامێرەکانی نێوخستەوە (Input device) دێتە ژوورەوە یان بۆ ئامێرەکانی دەرخستە دەچێتە دەرەوە، لە ڕێگادا بە بیرگەی سەرەکیدا تێدەپەڕێت. نەرمەواڵە (Software) دەبێت لەناو بیرگەدا بێت تا کار بکات.

The size of main memory affects how fast and how capable a computer is. Computers have two kinds of memory: primary and secondary. Today's books call the second kind secondary storage: drives such as SSDs and hard disks that keep files for years (the Storage chapter compares the two in Primary and secondary storage).

قەبارەی بیرگەی سەرەکی کار دەکاتە سەر خێرایی و توانای کۆمپیوتەر. کۆمپیوتەرەکان دوو جۆر بیرگەیان هەیە: سەرەکی و دووەکی. کتێبە ئینگلیزییەکانی ئەمڕۆ بە جۆری دووەم دەڵێن secondary storage و بە کوردی بیرگەی دووەکی (Secondary storage): درایڤی وەک SSD و هارد دیسک (Hard disk drive) کە فایلەکان بۆ چەندین ساڵ دەپارێزن (بەشی خەزنکردن هەردووکیان لە بیرگەی سەرەکی و بیرگەی دووەکیدا بەراورد دەکات).

This is the most important difference in the whole lesson. RAM is volatile: switch the power off and it is empty. Drives and ROM are non-volatile: they keep their contents without power. That is why you must save your work: saving copies it from volatile RAM to a non-volatile drive.

ئەمە گرنگترین جیاوازیی هەموو وانەکەیە. RAM بیرگەیەکی زووبفڕە: کارەبا بکوژێنەوە، بەتاڵ دەبێت. درایڤەکان و ROM بیرگەی زوونەفڕن: بەبێ کارەبا ناوەڕۆکەکەیان دەپارێزن. بۆیە دەبێت کارەکەت پاشەکەوت بکەیت: پاشەکەوتکردن کارەکە لە RAMـی زووبفڕەوە کۆپی دەکات بۆ درایڤێکی زوونەفڕ.

Random access means the CPU can reach any place in RAM in the same short time, by its address. It does not have to wind through everything before it, as you would on a cassette tape. RAM holds the programs that are running right now, the files you have open, and the parts of the operating system that are in use.

دەستپێگەیشتنی هەڕەمەکی ⁦(random access)⁩ واتە CPU دەتوانێت بە ناونیشانی بیرگەکەی (Memory address) بگاتە هەر شوێنێکی RAM لە هەمان کاتی کورتدا. پێویست ناکات بە هەموو ئەوەی پێشیدایە تێپەڕێت، وەک لەسەر شریتی کاسێت. ئەوەی لە RAMـدایە: هەر بەرنامەیەک کە ئێستا کار دەکات، هەر فایلێک کە کراوەتەوە و ئەو بەشانەی سیستەمی وەگەڕخەر (Operating system) کە بەکار دێن.

When you press the power button, RAM is empty. Something must tell the computer what to do first. That first program is the firmware — on a PC the UEFI (older PCs: the BIOS). It is kept in non-volatile memory on the motherboard, so it is there every time the power comes on. It checks the hardware and starts loading the operating system from the drive into RAM.

کاتێک دوگمەی هەڵکردن دادەگریت، RAM بەتاڵە. شتێک دەبێت بە کۆمپیوتەر بڵێت سەرەتا چی بکات. ئەو یەکەم بەرنامەیە پتەوواڵەیە — لە کۆمپیوتەری کەسیدا UEFI (لە کۆمپیوتەرە کۆنەکاندا بایۆس (BIOS)). لە بیرگەی زوونەفڕدا لەسەر بۆردی سەرەکی هەڵگیراوە، بۆیە هەموو جارێک کە کارەبا دێت ئامادەیە. ڕەقەواڵەکە (Hardware) دەپشکنێت و دەست دەکات بە بارکردنی سیستەمی وەگەڕخەر لە درایڤەکەوە بۆ ناو RAM.

ROM is used wherever a small memory must keep its contents without power: the firmware of PCs, phones, routers and printers; RFID tags; the tiny computers (microcontrollers) inside washing machines and cars; and medical devices.

ROM لە هەر شوێنێکدا بەکار دێت کە بیرگەیەکی بچووک دەبێت بەبێ کارەبا ناوەڕۆکەکەی بپارێزێت: پتەوواڵەی کۆمپیوتەر، مۆبایل، ڕێدۆز و چاپەر؛ تاگەکانی RFID (RFID tag)؛ ئەو کۆمپیوتەرە بچکۆلانانەی (مایکرۆکۆنترۆڵەر) لەناو جلشۆر و ئۆتۆمبێلدان؛ و ئامێرە پزیشکییەکان.

The lecturer's handout compares RAM and ROM in six rows. Here is the table with today's facts:

بڵاوکراوەی مامۆستاکە RAM و ROM لە شەش ڕیزدا بەراورد دەکات. ئەمە خشتەکەیە بە ڕاستییەکانی ئەمڕۆوە:

A modern CPU core can do a simple operation in a fraction of a nanosecond, but fetching something from RAM takes about 80 nanoseconds — hundreds of CPU clock ticks. Without help, the CPU would spend most of its time waiting. The help is the cache: a small, very fast memory inside the CPU chip that keeps copies of the data and instructions used most often.

ناوکێکی CPUـی نوێ دەتوانێت کارێکی سادە لە بەشێکی نانۆچرکەیەکدا بکات، بەڵام هێنانی شتێک لە RAMـەوە نزیکەی $80$ نانۆچرکە دەخایەنێت — سەدان لێدانی کاتژمێری CPU. ئەگەر یارمەتی نەبێت، CPU زۆربەی کاتەکەی بە چاوەڕوانی دەبات. یارمەتییەکە کاشە: بیرگەیەکی بچووک و زۆر خێرا لەناو چیپی CPU کە کۆپیی دراوە و ڕێکارنامەکانی زۆر بەکارهاتوو هەڵدەگرێت.

When the CPU needs something, it looks in the cache first. If the data is there — a cache hit — it gets it at once. If not — a cache miss — it fetches it from RAM and keeps a copy in the cache, because what was used once is likely to be used again soon. Programs repeat the same steps and use data that lie next to each other, so hits are very common.

کاتێک CPU پێویستی بە شتێک دەبێت، سەرەتا لە کاشدا دەگەڕێت. ئەگەر دراوەکە لەوێ بوو — ئەمە پێی دەوترێت cache hit — یەکسەر وەری دەگرێت. ئەگەر نەبوو — cache miss — لە RAMـەوە دەیهێنێت و کۆپییەک لە کاشدا دادەنێت، چونکە ئەوەی جارێک بەکار هات، لەوانەیە بەم زووانە دووبارە بەکار بێتەوە. بەرنامەکان هەمان هەنگاو دووبارە دەکەنەوە و ئەو دراوەیە بەکار دەهێنن کە لە تەنیشت یەکترەوەن، بۆیە دۆزینەوە لە کاشدا زۆر باوە.

The lecture slide lists three cache levels and leaves a "?" for you to fill in. Here are the answers:

سلایدەکەی وانەکە سێ ئاستی کاش دەهێنێت و «؟»ـێک بۆ پڕکردنەوە بەجێ دەهێڵێت. ئەمانە وەڵامەکانن:

A real example: Intel's Core Ultra 7 265K desktop processor (2024) has 20 cores, 36 MB of L2 in total and 30 MB of L3 (Intel calls it "Smart Cache"). Compare that with the 32 GB of RAM a computer like this might have: the cache is about a thousand times smaller, and that is why it can be so fast.

نموونەیەکی ڕاستەقینە: پرۆسێسەری ⁦Core Ultra 7 265K⁩ـی Intel بۆ کۆمپیوتەری مێزی (Desktop computer) ⁦(2024)⁩ $20$ ناوکی هەیە، کۆی $36$ ⁦MB L2⁩ و $30$ ⁦MB L3⁩ (Intel پێی دەڵێت «⁦Smart Cache⁩»). بەراوردی بکە بە $32$ GB RAM کە کۆمپیوتەرێکی وەها لەوانەیە هەیبێت: کاش نزیکەی هەزار جار بچووکترە. هەر ئەمەیە کە ڕێگە دەدات ئەوەندە خێرا بێت.

RAM is built in two ways, and both are volatile.

RAM بە دوو ڕێگا دروست دەکرێت و هەردووکیان بیرگەی زووبفڕن.

Why is DRAM slower? The lecture notes ask this question. Each DRAM bit is a tiny charge that must be sensed and then written back, and the chip must keep pausing to refresh its rows. An SRAM cell simply holds its value and answers at once. Latches — the circuits SRAM is made of — are taught in Latches and Flip-Flops in the Logic Design course.

بۆچی DRAM خاوترە؟ تێبینییەکانی وانەکە ئەم پرسیارە دەکەن. هەر بیتێکی DRAM بارگەیەکی زۆر بچووکە کە دەبێت هەست پێ بکرێت و پاشان دووبارە بنووسرێتەوە. هەروەها چیپەکە دەبێت بەردەوام ڕابوەستێت بۆ نوێکردنەوەی ڕیزەکانی. خانەیەکی SRAM بە سادەیی بەهاکەی دەپارێزێت و یەکسەر وەڵام دەداتەوە. لاچەکان — ئەو بازنانەی SRAMـیان لێ دروست دەکرێت — لە کۆرسی دیزاینی لۆجیکی دیجیتاڵدا (Digital logic)، لە وانەی لاچەکان و فلیپ-فلۆپەکان دەخوێندرێن.

On a desktop motherboard, RAM chips sit on long modules called DIMMs (dual in-line memory modules) that stand in slots next to the CPU. Laptops use the shorter SO-DIMM (small outline DIMM). Phones, tablets and most thin laptops have LPDDR memory (low-power DDR) soldered on the board, next to or on top of the processor: it is smaller, faster and uses less power, but you can never add more later.

لەسەر بۆردی سەرەکیی کۆمپیوتەری مێزی، چیپەکانی RAM لەسەر مۆدیوڵی درێژ دانراون کە پێیان دەوترێت DIMM و لە شوێنی خۆیاندا لە تەنیشت CPUـەوە ڕاوەستاون. لاپتۆپەکان SO-DIMMـی کورتتر بەکار دەهێنن. مۆبایل، تابلێت (Tablet) و زۆربەی لاپتۆپە تەنکەکان بیرگەی LPDDRیان (DDRـی کەم‌وزە) هەیە کە ڕاستەوخۆ بە بۆردەکەوە لەحیم کراوە، لە تەنیشت یان لەسەر پرۆسێسەرەکە: بچووکتر، خێراتر و کەم‌وزەترە، بەڵام هەرگیز ناتوانیت دواتر زیادی بکەیت.

LPDDR5X, the low-power memory in most 2025–2026 phones and thin laptops, reaches up to 10.7 Gbps per pin (Samsung). Its successor LPDDR6 was published by the standards body JEDEC in July 2025.

⁦LPDDR5X⁩، بیرگە کەم‌وزەکەی زۆربەی مۆبایل و لاپتۆپی تەنکەکانی ⁦2025–2026⁩، تا $10.7$ Gbps بۆ هەر پینێک دەگات ⁦(Samsung)⁩. جێگرەوەکەی، ⁦LPDDR6⁩، لە تەممووزی ⁦2025⁩دا لەلایەن JEDECـەوە بڵاو کرایەوە، کە دامەزراوەی ستانداردەکانە.

The DRAM in PCs is DDR SDRAM (double data rate): it moves data twice in every clock tick. Since 2000 there have been five generations — DDR, DDR2, DDR3, DDR4 and DDR5. Each one is faster and uses less power than the one before, and each needs its own kind of slot.

ئەو DRAMـەی لە کۆمپیوتەرەکاندایە DDR SDRAMـە ⁦(double data rate)⁩: لە هەر لێدانێکی کاتژمێردا دوو جار دراوە دەگوازێتەوە. لە ⁦2000⁩ـەوە پێنج نەوە هاتوون — DDR، ⁦DDR2⁩، ⁦DDR3⁩، ⁦DDR4⁩ و ⁦DDR5⁩. هەریەکەیان لەوەی پێش خۆی خێراترە و وزەی کەمتر دەخوات و هەریەکەیان جۆرە شوێنێکی تایبەت بە خۆی دەوێت.

Look at the gold contacts at the bottom of a module: there is a small notch (a gap) in them. The notch is in a different place for every generation. DDR4 and DDR5 modules both have 288 pins and look almost the same, but the notch stops you from pushing a DDR5 module into a DDR4 slot — the voltages and signals are different, so the wrong module could be damaged.

سەیری پەڕە زێڕینەکانی خوارەوەی مۆدیوڵێک بکە: کەلێنێکی بچووکی تێدایە. شوێنی ئەم کەلێنە بۆ هەر نەوەیەک جیاوازە. مۆدیوڵەکانی ⁦DDR4⁩ و ⁦DDR5⁩ هەردووکیان $288$ پینیان هەیە و نزیکەی وەک یەک دەردەکەون، بەڵام کەلێنەکە ڕێگە نادات مۆدیوڵێکی ⁦DDR5⁩ بخەیتە شوێنی ⁦DDR4⁩ـەوە — ڤۆڵتیە (Voltage) و سیگناڵە کارەباییەکانیان (Signal) جیاوازن، بۆیە مۆدیوڵی هەڵە لەوانەیە تێک بچێت.

Memory speed is given in MT/s — millions of transfers per second. A DDR5-6400 module makes 6,400 million transfers per second, and each transfer moves 64 bits (8 bytes), so one module can move:

خێرایی بیرگە بە ⁦MT/s⁩ دەدرێت — ملیۆن گواستنەوە لە چرکەیەکدا. مۆدیوڵێکی ⁦DDR5-6400⁩ لە هەر چرکەیەکدا $6400$ ملیۆن گواستنەوە دەکات و هەر گواستنەوەیەک $64$ بیت ($8$ بایت (Byte)) دەبات، بۆیە یەک مۆدیوڵ دەتوانێت ئەمە بگوازێتەوە:

Adding RAM modules is the basic way to upgrade memory. More RAM helps when you see these signs:

زیادکردنی مۆدیوڵی RAM ڕێگا سەرەکییەکەی بەرزکردنەوەی بیرگەیە. RAMـی زیاتر یارمەتی دەدات کاتێک ئەم نیشانانە دەبینیت:

Before you buy RAM, check four things: the type your motherboard takes (DDR4 or DDR5 — never both); how many slots are free; the largest amount the board and CPU support; and whether a laptop's memory is soldered. Install modules in pairs of the same size and speed, in the matching (usually colour-coded) slots shown in the manual, so the memory works in dual channel with twice the bandwidth. Since October 2024 even Apple's cheapest MacBook Air starts with 16 GB.

پێش کڕینی RAM چوار شت بپشکنە: ئەو جۆرەی بۆردە سەرەکییەکە وەری دەگرێت (⁦DDR4⁩ یان ⁦DDR5⁩ — هەرگیز هەردووکیان نا)؛ چەند شوێن بەتاڵە؛ زۆرترین بڕ کە بۆردەکە و CPU پشتگیری دەکەن؛ و ئایا بیرگەی لاپتۆپەکە لەحیم کراوە. مۆدیوڵەکان بە جووت دابنێ، بە هەمان قەبارە و خێرایی، لەو شوێنە گونجاوانەی (زۆرجار ڕەنگکراون) کە ڕێبەرنامەی بۆردەکە پیشانی دەدات، بۆ ئەوەی بیرگەکە بە دوو کەناڵ و دوو هێندە پانایی باند کار بکات. لە تشرینی یەکەمی ⁦2024⁩ـەوە هەرزانترین ⁦MacBook Air⁩ـی Appleـیش بە ⁦16 GB⁩ دەست پێ دەکات.

What happens when RAM is full and you open one more program? The operating system does not stop. It takes parts of memory that have not been used for a while and moves them out to a hidden file on the drive — the page file (pagefile.sys) in Windows, swap in macOS and Linux. When those parts are needed again, they are brought back into RAM. This is virtual memory: RAM plus space on the drive, used together.

کاتێک RAM پڕ دەبێت و بەرنامەیەکی تر دەکەیتەوە چی ڕوو دەدات؟ سیستەمی وەگەڕخەر ناوەستێت. ئەو بەشانەی بیرگە کە ماوەیەکە بەکار نەهاتوون دەیانگوازێتەوە بۆ فایلێکی شاراوە لەسەر درایڤەکە — لە Windowsـدا ⁦page file⁩ (pagefile.sys) و لە macOS و Linuxـدا swap. کاتێک ئەو بەشانە دووبارە پێویست بوونەوە، دەگەڕێنرێنەوە بۆ ناو RAM. ئەمە بیرگەی گریمانەییە: RAM و شوێنێک لەسەر درایڤەکە، پێکەوە بەکار دێن.

Microsoft explains that the most memory Windows can promise to programs (the commit limit) is RAM plus the page file. But a fast SSD answers in about 0.2 milliseconds, while RAM answers in about 82 nanoseconds — roughly 2,400 times faster. So virtual memory keeps the computer from crashing, but it does not make it fast. If a computer uses its page file all day, it needs more RAM.

Microsoft ڕوونی دەکاتەوە کە زۆرترین بیرگە کە Windows دەتوانێت بەڵێنی بە بەرنامەکان بدات (⁦commit limit⁩) کۆی RAM و ⁦page file⁩ـە. بەڵام SSDـێکی خێرا لە نزیکەی $0.2$ میلیچرکەدا وەڵام دەداتەوە، لە کاتێکدا RAM لە نزیکەی $82$ نانۆچرکەدا — نزیکەی $2400$ جار خێراتر. بۆیە بیرگەی گریمانەیی ڕێگە لە ڕاوەستانی کۆمپیوتەر دەگرێت، بەڵام خێرای ناکات. ئەگەر کۆمپیوتەرێک هەموو ڕۆژ ⁦page file⁩ـەکەی بەکار بهێنێت، پێویستی بە RAMـی زیاترە.

Now put all of it together. Every computer uses several kinds of memory and storage, arranged like a pyramid. At the top are tiny, very fast and expensive memories close to the CPU. Each step down is bigger, slower and cheaper per byte. No single kind is fast, big and cheap at the same time — so computers use all of them and keep each piece of data at the level where it is needed.

ئێستا هەمووی پێکەوە دابنێ. هەموو کۆمپیوتەرێک چەند جۆرێک بیرگە و خەزنکردن بەکار دەهێنێت کە وەک هەرەمێک ڕیز کراون. لە لووتکەدا بیرگەی زۆر بچووک، زۆر خێرا و گران هەن کە لە CPUـەوە نزیکن. هەر پلەیەک بەرەو خوار گەورەترە، خاوترە و بۆ هەر بایتێک هەرزانترە. هیچ جۆرێک لە هەمان کاتدا خێرا، گەورە و هەرزان نییە — بۆیە کۆمپیوتەرەکان هەموویان بەکار دەهێنن و هەر پارچەیەک دراوە لەو پلەیەدا دادەنێن کە پێویستە.

When you open a photo, its data climbs the pyramid: from the SSD into RAM, then into the caches and the registers, where the CPU works on it. When you save the edited photo, the result travels back down to the SSD, where it is safe without power.

کاتێک وێنەیەک دەکەیتەوە، دراوەکەی بە هەرەمەکەدا سەردەکەوێت: لە SSDـەوە بۆ ناو RAM، پاشان بۆ ناو کاشەکان و تۆمارگەکان، کە CPU لەوێ کاری لەسەر دەکات. کاتێک وێنە دەستکاریکراوەکە پاشەکەوت دەکەیت، ئەنجامەکە دەگەڕێتەوە خوارەوە بۆ SSD، کە لەوێ بەبێ کارەبا پارێزراوە.