RAM in DSA

خلينا الأول نفهم يعني إيه أصلًا Data Structure؟

What is Data Structure?

ببساطة، زي ما الاسم بيقول، دي طريقة بننظم بيها الداتا.

بس هنا بنتكلم عن الكمبيوتر، فإحنا بننظم الداتا دي جوه الـ RAM.

RAM

خلينا نشوف مثال عشان نفهم أكتر.

الـ RAM دي هي المكان اللي بتتخزن فيه كل الـ variables بتاعتنا.

واحنا بنكتب الـ code وبنستخدم الـ array data structures، الداتا دي بتتخزن في الـ RAM.

يعني لو عندنا array فيه مثلًا الأرقام دي: 1، 3، 5. دي المعلومات اللي عايزين نخزنها.

طيب إزاي هنخزنها في الـ RAM؟

Bytes and Bits

أولًا، الـ RAM بتتقاس بالـ Byte.

عادي جدًا إن جهاز الكمبيوتر يكون فيه مثلًا 8 GB من الـ RAM.

الـ Gigabyte (أو GB) دي تقريبًا 10^9 Bytes… يعني حوالي مليار Byte.

السؤال الأهم بقى، إيه هو الـ Byte ده؟

الـ Byte ببساطة عبارة عن 8 bits.

طيب، وإيه هو الـ Bit؟

الـ Bit ممكن تعتبره خانة أو مكان يقدر يخزن رقم واحد بس، والرقم ده لازم يكون يا 0 يا 1.

أكيد سمعت عن الكلام ده قبل كده، الـ 0 والـ 1 دي لغة الكمبيوتر.

زي ما انت شايف، الموضوع ماشي بالترتيب:

• الـ bits الفردية بتكون Bytes.
• الـ Bytes بتكون الـ RAM.
• الـ RAM بنستخدمها عشان نخزن Data Structure متقدمة.

Storing Integers in RAM

نرجع لمثال الـ Array بتاعنا اللي فيه الأرقام 1، 3، 5. دي بنسميها array of integers.

لسة طبعًا معرفناش بالظبط إيه هو الـ Array، بس خلينا نكمل.

إزاي هنخزن رقم زي الـ Integer ده (مثلًا رقم 1) في الـ RAM؟

لازم نخزنه عن طريق الـ Bytes.

في الغالب، الـ Integer الواحد مش بيتخزن في Byte واحد بس، لأ، ده عادة بياخد 4 Bytes.

يعني بدل ما نستخدم 8 bits بس، هنستخدم 32 bits.

إزاي بقى هنمثل رقم 1 باستخدام الـ 32 bits دول؟

حاليًا، ممكن نقول إنها هتكون 31 صفر (0) ورا بعض، وفي الآخر خالص هنحط واحد (1). 0000000000000000..00001

المهم هنا إننا نعرف إن فيه طريقة ناخد بيها الرقم (زي 1)، نمثله في شكل Bytes، وبعدين نحطه في الـ RAM.

Addresses in RAM

الـ RAM ممكن نتخيلها كأنها قطعة واحدة متصلة من الداتا، بس هي كمان ليها مكونين أساسيين:

1. القيم (Values): الداتا اللي بنخزنها.
2. العناوين (Addresses): كل قيمة بتتخزن في مكان أو Memory Address محدد ومختلف عن غيره.

هتلاحظ إن أول Memory Address بيكون 0.

Storing arrays in RAM

لما بنخزن Array في الـ RAM، مش دايمًا بنقدر نختار المكان بالظبط، بس أهم ميزة في الـ Arrays إنها دايمًا بتتخزن بشكل contiguous.

يعني إيه contiguous؟ يعني الداتا بتاعتها بتكون ورا بعضها في الـ RAM من غير أي فواصل أو مساحات فاضية في النص.

فمثلًا، لو بنخزن الـ array بتاعنا (1, 3, 5):

• الرقم 1 هيتخزن في مكان معين.
• الرقم 3 هيتخزن في المكان اللي بعده مباشرة.
• الرقم 5 هيتخزن في المكان اللي بعد الـ 3 مباشرة.

مفيش حاجة هتدخل بينهم.

طيب لو كده، ليه الـ Memory Address بيزيد بـ 4 كل مرة؟ (0، 4، 8…) مش المفروض يكون 0، 1، 2؟

افتكر تاني: كل قيمة (في مثالنا ده Integer) بتاخد 4 Bytes عشان تتخزن.

فالـ Memory Address هنا مش بيشاور على Byte واحد، لأ ده بيشاور على بداية الـ 4 Bytes بتوع كل رقم.

• الرقم 1 متخزن في الـ Bytes من 0 لـ 3 (عنوان البداية 0).
• الرقم 3 متخزن في الـ Bytes من 4 لـ 7 (عنوان البداية 4).
• الرقم 5 متخزن في الـ Bytes من 8 لـ 11 (عنوان البداية 8).

Arrays is Simple

الموضوع ده ممكن يبان بسيط ومباشر، وهو فعلًا كده في الغالب.

وده السبب إن الـ Array بتعتبر أبسط Data Structure.

طريقة تخزينها في الميموري (الـ RAM) شبه طريقة استخدامنا ليها بالظبط: شوية قيم contiguous (ورا بعضها).

Ex. Storing Array of Characters in RAM

إحنا في المثال اللي فات كنا بنخزن Integers.

بس إيه اللي هيحصل لو كنا بنخزن Characters (حروف) زي ‘A’, ‘B’, ‘C’؟

الـ Characters بتتخزن بنفس الطريقة بالظبط: contiguous (ورا بعضها).

لكن لاحظ الفرق في الـ Memory Address:

هنا الـ Memory Address بيزيد بـ 1 بس كل مرة (0, 1, 2…).

ليه؟ عشان الـ Character الواحد غالبًا بياخد 1 Byte بس عشان يتخزن في الميموري (مش 4 Bytes زي الـ Integer).

ده في حالة الـ ASCII characters غالبًا، ودي تفصيلة مش مهمة أوي دلوقتي.

Summary

الفكرة الأساسية هي: نقدر نخزن أي قيم بشكل contiguous في الـ RAM.

الأهم بس إن الـ Memory Addressيزيد بمقدار حجم القيمة اللي بنخزنها (الـ size of the value).

لو القيمة بتاخد 4 Bytes، الـ address هيزيد بـ 4. لو بتاخد 1 Byte، هيزيد بـ 1، وهكذا.