Pada zaman dahulu - hampir 80 tahun yang lalu, pada awal teknologi pengkomputeran - memori peranti pengkomputeran biasanya terbahagi kepada tiga jenis. Utama, sekunder dan luaran. Sekarang tidak ada yang menggunakan istilah ini, walaupun klasifikasi itu sendiri ada hingga ke hari ini. Kini hanya memori utama yang disebut operasi, sekunder - pemacu keras dalaman, dan luaran disamarkan sebagai semua jenis cakera optik dan pemacu kilat.
Sebelum memulakan perjalanan ke masa lalu, mari kita fahami klasifikasi di atas dan fahami maksud setiap jenis memori. Komputer mewakili maklumat dalam bentuk urutan bit - digit binari dengan nilai 1 atau 0. Unit maklumat sejagat yang diterima umum adalah bait, biasanya terdiri daripada 8 bit. Semua data yang digunakan oleh komputer menempati sebilangan bait. Contohnya, fail muzik khas ialah 40 juta bit - 5 juta bait (atau 4.8 megabait). Pemproses pusat tidak dapat berfungsi tanpa alat memori dasar, kerana semua kerjanya dikurangkan untuk menerima, memproses dan menulis kembali ke memori. Itulah sebabnya John von Neumann yang legendaris (kami telah menyebut namanya lebih dari sekali dalam rangkaian artikel mengenai mainframe) muncul dengan struktur bebas di dalam komputer,di mana semua data yang diperlukan akan disimpan.
Klasifikasi memori dalaman juga membahagikan media mengikut prinsip kepantasan (dan tenaga). Memori primer cepat (akses rawak) digunakan hari ini untuk menyimpan maklumat kritikal yang sering diakses oleh CPU. Ini adalah kernel sistem operasi, fail pelaksanaan program yang dijalankan, hasil pengiraan antara. Masa akses adalah minimum, hanya beberapa nanodetik.
Memori utama berkomunikasi dengan pengawal yang terletak di dalam prosesor (dalam model CPU terbaru), atau sebagai cip terpisah pada motherboard (jambatan utara). Harga RAM agak tinggi, selain itu, tidak stabil: mereka mematikan komputer atau mengeluarkan kabel kuasa dari soket secara tidak sengaja - dan semua maklumat hilang. Oleh itu, semua fail disimpan dalam memori sekunder - pada pinggan cakera keras. Maklumat di sini tidak dipadamkan setelah pemadaman elektrik, dan harga per megabait sangat rendah. Satu-satunya kelemahan cakera keras adalah kelajuan tindak balas rendah, ia sudah diukur dalam milisaat.
By the way, fakta yang menarik. Pada awal perkembangan komputer, memori primer tidak terpisah dari memori sekunder. Unit pemprosesan utama sangat perlahan, dan ingatannya tidak memberikan kesan kemacetan. Data dalam talian dan berterusan disimpan dalam komponen yang sama. Kemudian, apabila kelajuan komputer meningkat, jenis media penyimpanan baru muncul.
Kembali ke masa lalu
Salah satu komponen utama komputer pertama adalah suis elektromagnetik, yang dikembangkan oleh saintis Amerika terkenal Joseph Henry pada tahun 1835, ketika tidak ada yang memimpikan komputer apa pun. Mekanisme sederhana terdiri daripada teras logam yang dibalut dengan wayar, kelengkapan besi yang bergerak, dan beberapa kenalan. Perkembangan Henry menjadi asas untuk telegraf elektrik Samuel Morse dan Charles Whitstone.
Video promosi:
Komputer pertama berdasarkan suis muncul di Jerman pada tahun 1939. Jurutera Konrad Süs menggunakannya untuk membuat logik sistem peranti Z2. Malangnya, kereta itu tidak dapat bertahan lama, dan rancangan dan fotonya hilang semasa pengeboman Perang Dunia Kedua. Peranti pengkomputeran seterusnya Sius (dengan nama Z3) dikeluarkan pada tahun 1941. Ini adalah komputer pertama yang dikendalikan oleh program ini. Fungsi utama mesin direalisasikan dengan 2000 suis. Konrad akan mentransfer sistem ke komponen yang lebih moden, tetapi pemerintah menutup pendanaan, percaya bahawa idea-idea Sius tidak mempunyai masa depan. Seperti pendahulunya, Z3 hancur semasa serangan bom Sekutu.
Suis elektromagnetik berfungsi dengan sangat perlahan, tetapi perkembangan teknologi tidak berhenti. Jenis memori kedua untuk sistem komputer awal adalah garis kelewatan. Maklumat itu dibawa oleh impuls elektrik, yang diubah menjadi gelombang mekanik dan pada kelajuan rendah bergerak melalui merkuri, kristal piezoelektrik atau gegelung magnetoresistif. Ada gelombang - 1, tidak ada gelombang - 0. Ratusan dan ribuan impuls dapat melalui bahan pengalir per unit waktu. Di hujung jalannya, setiap gelombang diubah menjadi dorongan elektrik dan dihantar ke awal - inilah operasi kemas kini paling mudah untuk anda.
Garis penundaan dikembangkan oleh jurutera Amerika John Presper Eckert. Komputer EDVAC, diperkenalkan pada tahun 1946, mengandungi dua blok memori dengan 64 garis kelewatan berdasarkan merkuri (5.5 KB mengikut standard moden). Pada masa itu, ini lebih daripada cukup untuk bekerja. Memori sekunder juga terdapat di EDVAC - hasil pengiraan direkodkan pada pita magnetik. Sistem lain, UNIVAC 1, yang dirilis pada tahun 1951, menggunakan 100 blok berdasarkan garis penundaan, dan mempunyai reka bentuk yang kompleks dengan banyak elemen fizikal untuk menyimpan data.
Memori garis kelewatan lebih menyerupai enjin ruang angkasa kapal angkasa. Sukar untuk dibayangkan, tetapi kolosal seperti itu hanya dapat menyimpan beberapa bit data!
Anak-anak Bobek
Dua penemuan yang agak ketara dalam bidang pembawa data tetap berada di belakang tabir penyelidikan kami. Kedua-duanya dilakukan oleh pekerja Bell Labs berbakat Andrew Bobek. Perkembangan pertama, yang disebut memori twistor, boleh menjadi alternatif yang sangat baik untuk memori teras magnetik. Dia mengulangi yang terakhir, tetapi bukannya cincin ferit untuk penyimpanan data, dia menggunakan pita magnetik. Teknologi ini mempunyai dua kelebihan penting. Pertama, memori twistor dapat menulis dan membaca maklumat secara serentak dari sebilangan pemusing. Tambahan, mudah untuk mengatur pengeluaran automatik. Bell Labs berharap ini dapat mengurangkan harga memori twistor dan menempati pasaran yang menjanjikan.
Pembangunan itu dibiayai oleh Angkatan Udara AS, dan ingatan menjadi sel berfungsi penting dari peluru berpandu Nike Sentinel. Malangnya, kerja pada pemutar memerlukan masa yang lama, dan memori berdasarkan transistor muncul. Penangkapan pasaran tidak berlaku.
"Nasib buruk kali pertama, begitu bertuah kali kedua," fikir Bell Labs. Pada awal tahun 70-an, Andrew Bobek memperkenalkan memori gelembung yang tidak bervolatile. Ia berdasarkan filem magnetik nipis yang menahan kawasan magnet kecil (gelembung) yang menyimpan nilai binari. Setelah beberapa lama, sel kompak pertama dengan kapasiti 4096 bit muncul - peranti berukuran satu sentimeter persegi mempunyai kapasiti keseluruhan jalur dengan teras magnetik.
Banyak syarikat berminat dengan penemuan ini, dan pada pertengahan tahun 70-an semua pelaku pasaran utama mengambil bahagian dalam bidang memori gelembung. Struktur yang tidak mudah berubah menjadikan gelembung sebagai pengganti yang ideal untuk memori primer dan sekunder. Tetapi di sini rancangan Bell Labs tidak menjadi kenyataan - cakera keras dan memori transistor yang murah menyekat oksigen teknologi gelembung.
Vakum adalah segala-galanya
Pada akhir tahun 40-an, logik sistem komputer dipindahkan ke tiub vakum (mereka juga adalah tiub elektronik atau poros termionik). Bersama dengan mereka, televisyen, alat pembiakan bunyi, komputer analog dan digital mendapat dorongan baru dalam pembangunan.
Tiub vakum bertahan dalam teknologi hingga ke hari ini. Mereka sangat disukai di kalangan audiophile. Adalah dipercayai bahawa litar penguat berdasarkan tiub vakum adalah potongan di atas analog moden dalam kualiti bunyi.
Di bawah ungkapan misteri "tiub vakum" adalah elemen struktur yang agak sederhana. Ia menyerupai lampu pijar biasa. Filamen ditutup dalam ruang tanpa udara, dan ketika dipanaskan, ia memancarkan elektron, yang jatuh pada plat logam bermuatan positif. Aliran elektron dihasilkan di dalam lampu di bawah voltan. Tiub vakum boleh melalui atau menyekat (fasa 1 dan 0) arus yang melaluinya, bertindak sebagai komponen elektronik komputer. Semasa operasi, tiub vakum menjadi sangat panas, mereka mesti disejukkan secara intensif. Tetapi mereka jauh lebih pantas daripada suis antediluvian.
Memori utama berdasarkan teknologi ini muncul pada tahun 1946-1947, ketika penemu Freddie Williams dan Tom Kilburn memperkenalkan pipa Williams-Kilburn. Kaedah penyimpanan data sangat bijak. Dalam keadaan tertentu, titik cahaya muncul di tiub, yang sedikit mengisi permukaan yang diduduki. Kawasan di sekitar titik memperoleh muatan negatif (disebut "sumur tenaga"). Titik baru boleh diletakkan di "sumur" atau dibiarkan tanpa pengawasan - maka titik asal akan hilang dengan cepat. Transformasi ini ditafsirkan oleh pengawal memori sebagai fasa binari 1 dan 0. Teknologi ini sangat popular. Memori tiub Williams-Kilburn dipasang di komputer Ferranti Mark 1, IAS, UNIVAC 1103, IBM 701, IBM 702 dan Standards Western Automatic Computer (SWAC).
Secara selari, jurutera dari Radio Corporation of America di bawah arahan saintis Vladimir Zvorykin sedang mengembangkan tabung mereka sendiri, yang disebut selectron. Menurut idea penulis, selektron seharusnya berisi hingga 4096 bit informasi, yang empat kali lebih banyak daripada tabung Williams-Kilburn. Dianggarkan bahawa pada akhir tahun 1946 sekitar 200 selron akan dihasilkan, tetapi pengeluaran terbukti sangat mahal.
Sehingga musim bunga tahun 1948, Radio Corporation of America tidak mengeluarkan satu selron, tetapi kerja mengenai konsep tersebut tetap diteruskan. Jurutera merancang semula tiub dan versi 256-bit yang lebih kecil kini tersedia. Mini-selectron lebih cepat dan lebih dipercayai daripada tiub Williams-Kilburn, tetapi berharga $ 500 setiap satu. Dan ini dalam pengeluaran besar-besaran! Namun, para selectron berjaya masuk ke dalam mesin pengkomputeran - pada tahun 1953 syarikat RAND mengeluarkan komputer dengan nama lucu JOHNNIAC (untuk menghormati John von Neumann). Selron 256-bit yang dikurangkan dipasang dalam sistem, dan jumlah memori 32 bait.
Bersama dengan tiub vakum, beberapa komputer pada masa itu menggunakan memori drum, yang diciptakan oleh Gustav Tauscek pada tahun 1939. Reka bentuk yang sederhana melibatkan silinder logam besar yang dilapisi dengan aloi feromagnetik. Kepala bacaan, tidak seperti cakera keras moden, tidak bergerak di atas permukaan silinder. Pengawal memori menunggu maklumat itu tersebar dengan sendirinya. Memori Drum digunakan di komputer Atanasov-Berry dan beberapa sistem lain. Malangnya, prestasinya sangat rendah.
Selektron tidak ditakdirkan untuk menakluki pasaran komputer - Komponen elektronik yang kelihatan rapi tetap mengumpulkan habuk di tong sampah sejarah. Dan ini walaupun mempunyai ciri teknikal yang luar biasa.
Kecenderungan moden
Pada masa ini, pasaran memori utama dikuasai oleh standard DDR. Lebih tepat lagi, generasi kedua. Peralihan ke DDR3 akan berlaku tidak lama lagi - masih menunggu penampilan chipset murah yang menyokong standard baru. Penyeragaman yang meluas menjadikan segmen memori terlalu membosankan untuk digambarkan. Pengilang telah berhenti mencipta produk baru yang unik. Semua kerja datang untuk meningkatkan frekuensi operasi dan memasang sistem penyejukan yang canggih.
Stagnasi teknologi dan langkah evolusi malu-malu akan berterusan sehingga pengeluar mencapai had kemampuan silikon (dari situlah litar bersepadu dibuat). Bagaimanapun, frekuensi kerja tidak dapat ditingkatkan selama-lamanya.
Walau bagaimanapun, ada satu tangkapan di sini. Prestasi cip DDR2 yang ada sudah mencukupi untuk kebanyakan aplikasi komputer (program saintifik yang kompleks tidak dikira). Memasang modul DDR3 yang beroperasi pada 1066 MHz dan lebih tinggi tidak menyebabkan peningkatan kelajuan yang nyata.
Jelajah Bintang ke Masa Depan
Kekurangan utama memori, dan semua komponen lain berdasarkan tiub vakum, adalah penjanaan haba. Paip mesti disejukkan dengan radiator, udara, dan bahkan air. Di samping itu, pemanasan berterusan mengurangkan masa operasi - tiub merosot dengan cara yang paling semula jadi. Pada akhir hayat perkhidmatan mereka, mereka harus terus ditala dan akhirnya berubah. Bolehkah anda bayangkan berapa banyak usaha dan wang yang diperlukan untuk melayan sistem komputer ?!
Tekstur pelik dalam foto - ia adalah memori teras magnetik. Berikut adalah struktur visual salah satu susunan dengan wayar dan cincin ferit. Bolehkah anda bayangkan berapa banyak masa yang anda perlukan untuk mencari modul yang tidak berfungsi di antara mereka?
Kemudian tiba masanya tatasusunan dengan cincin ferit jarak dekat - penemuan ahli fizik Amerika An Wang dan Wei-Dong Wu, yang diubah suai oleh pelajar di bawah arahan Jay Forrester dari Institut Teknologi Massachusetts (MIT). Kabel penyambung berlari melalui pusat gelang pada sudut 45 darjah (empat untuk setiap cincin pada sistem awal, dua dalam sistem yang lebih maju). Di bawah voltan, wayar-wayar magnetit berdering, masing-masing dapat menyimpan satu bit data (magnet - 1, demagnet - 0).
Jay Forrester mengembangkan sistem di mana isyarat kawalan untuk beberapa teras dihantar melalui beberapa wayar. Pada tahun 1951, memori berdasarkan teras magnetik (analog langsung memori akses rawak moden) dilepaskan. Kemudian, ia mengambil tempat yang tepat di banyak komputer, termasuk kerangka utama generasi pertama dari DEC dan IBM. Berbanding dengan pendahulunya, jenis memori baru secara praktikal tidak mempunyai kekurangan. Kebolehpercayaannya mencukupi untuk berfungsi dalam tentera dan bahkan kapal angkasa. Selepas kemalangan pesawat ulang-alik Challenger, yang menyebabkan kematian tujuh anak buahnya, data komputer di dalam pesawat, yang direkam dalam memori dengan teras magnet, tetap utuh dan utuh.
Teknologi ini diperbaiki secara beransur-ansur. Manik-manik ferit menurun dalam ukuran, kelajuan kerja meningkat. Sampel pertama beroperasi pada frekuensi sekitar 1 MHz, masa aksesnya adalah 60,000 ns - pada pertengahan 70-an ia telah turun menjadi 600 ns.
Sayang, saya telah mengurangkan ingatan kita
Lompatan seterusnya dalam pengembangan memori komputer terjadi ketika litar dan transistor bersepadu diciptakan. Industri telah mengambil jalan untuk mengecilkan komponen sambil meningkatkan prestasinya. Pada awal 1970-an, industri semikonduktor menguasai pengeluaran litar mikro yang sangat bersepadu - puluhan ribu transistor kini sesuai di kawasan yang agak kecil. Cip memori dengan kapasiti 1 Kbit (1024 bit), cip kecil untuk kalkulator dan bahkan mikropemproses pertama muncul. Revolusi sebenar telah berlaku.
Pengilang memori hari ini lebih mementingkan penampilan produk mereka - semua standard dan ciri yang sama telah ditentukan dalam komisen seperti JEDEC.
Dr Robert Dennard dari IBM telah memberikan sumbangan khas untuk pengembangan memori utama. Dia mengembangkan cip pertama berdasarkan transistor dan kapasitor kecil. Pada tahun 1970, pasaran didorong oleh Intel (yang muncul dua tahun sebelumnya) dengan memperkenalkan cip memori 1Kb i1103. Dua tahun kemudian, produk ini menjadi cip memori semikonduktor terlaris di dunia.
Pada zaman Apple Macintosh pertama, blok RAM menempati bar besar (pada foto di atas), sementara isipadu tidak melebihi 64 KB.
Litar mikro yang sangat bersepadu dengan cepat menggantikan jenis memori yang lebih lama. Dengan peralihan ke tahap pengembangan berikutnya, kerangka utama besar telah memberi jalan ke komputer desktop. Memori utama pada masa itu akhirnya dipisahkan dari sekunder, ia mengambil bentuk mikrocip terpisah dengan kapasiti 64, 128, 256, 512 Kbit dan bahkan 1 Mbit.
Akhirnya, cip memori utama dipindahkan dari papan induk ke jalur terpisah, yang sangat memudahkan pemasangan dan penggantian komponen yang rosak. Frekuensi mula meningkat, masa akses berkurang. Cip SDRAM dinamik segerak pertama muncul pada tahun 1993, diperkenalkan oleh Samsung. Litar mikro baru berfungsi pada 100 MHz, masa akses adalah 10 ns.
Sejak saat itu, perarakan SDRAM yang berjaya dimulakan, dan pada tahun 2000 jenis memori ini telah menyingkirkan semua pesaing. Suruhanjaya JEDEC (Majlis Kejuruteraan Peranti Elektron Bersama) mengambil alih definisi standard di pasaran RAM. Peserta telah membentuk spesifikasi yang seragam untuk semua pengeluar, frekuensi dan ciri elektrik yang disetujui.
Evolusi selanjutnya tidak begitu menarik. Satu-satunya peristiwa penting berlaku pada tahun 2000, ketika RAM standard DDR SDRAM muncul di pasaran. Ini menyediakan dua kali lebar jalur SDRAM konvensional dan menetapkan tahap untuk pertumbuhan masa depan. DDR diikuti pada tahun 2004 oleh standard DDR2, yang masih menjadi yang paling popular.
Troll paten
Dalam dunia IT moden, frasa Patent Troll merujuk kepada firma yang menghasilkan wang dari tuntutan mahkamah. Mereka memotivasi ini dengan kenyataan bahawa syarikat lain telah melanggar hak cipta mereka. Pembangun memori Rambus berada di bawah definisi ini sepenuhnya.
Sejak didirikan pada tahun 1990, Rambus telah melesenkan teknologinya kepada pihak ketiga. Sebagai contoh, pengendali dan cip memori boleh didapati di Nintendo 64 dan PlayStation 2. Jam terbaik Rambus datang pada tahun 1996, ketika Intel membuat perjanjian dengan Intel untuk menggunakan slot RDRAM dan RIMM dalam produknya.
Pada mulanya semuanya berjalan mengikut rancangan. Intel mendapat teknologi canggih, dan Rambus berpuas hati dengan kerjasama dengan salah satu pemain terbesar dalam industri IT. Malangnya, harga tinggi modul RDRAM dan chipset Intel mengakhiri populariti platform. Pengilang papan induk terkemuka menggunakan chipset dan papan VIA dengan penyambung untuk SDRAM biasa.
Rambus menyedari bahawa pada tahap ini kehilangan pasaran memori, dan memulakan permainan panjang dengan hak paten. Perkara pertama yang ditemuinya ialah pengembangan JEDEC baru - memori DDR SDRAM. Rambus menyerangnya, menuduh pencipta melanggar hak cipta. Untuk beberapa waktu, syarikat itu menerima royalti tunai, tetapi kes mahkamah berikutnya yang melibatkan Infineon, Micron dan Hynix meletakkan semuanya di tempatnya. Mahkamah mengakui bahawa perkembangan teknologi dalam bidang DDR SDRAM dan SDRAM bukan milik Rambus.
Sejak itu, jumlah tuntutan oleh Rambus terhadap pengeluar RAM terkemuka telah melebihi semua had yang dapat dibayangkan. Dan nampaknya cara hidup ini sangat sesuai dengan syarikat.
