Как работает память компьютера.

Во многом именно наша память делает нас теми кто мы есть. Помогая запоминать прошлое, учиться, сохранять навыки и планировать будущее. Для компьютеров, которые часто бывают продолжением нас самих, память играет ту же самую роль. Будь-то двухчасовой фильм, текст из пары слов или инструкция для чтения этих данных. Все это в памяти компьютера хранится в форме базовых единиц — битов. Или по другому- бинарных знаков.

Каждый бит располагается в ячейке памяти, которая может переключаться между двумя состояниями 0 или 1. Файлы и программы, состоящие из миллионов этих знаков, обрабатываются в центральном процессоре или CPU. Они выполняет роль мозга у компьютера. И поскольку, количество знаков для обработки растет в геометрической прогрессии, компьютерные разработчики находятся в постоянной борьбе между размером, ценой и скоростью.

Как и у нас, у компьютеров есть краткосрочная память — для выполнения текущих задач, долгосрочная — для более длительного хранения. При запуске программы операционные системы выделяет место в краткосрочной памяти для выполнения этих задач. Например, при нажатии клавиш в текстовом редакторе CPU получит доступ к хранилищу этих значений. Он сможет также изменять их или создавать новые. Время которое уходит на выполнение этих процедур называется временем отклика памяти. Поскольку команды должны обрабатываться быстро и непрерывно, все места в кратковременной памяти доступны в любом порядке. Отсюда и название — ОЗУ.

Наиболее распространённый тип ОЗУ это ОЗУ динамического типа

в ней каждая ячейка памяти состоит из крошечного транзистора и конденсатора которые хранят электрические заряд. Ноль при отсутствии заряда и единица при его наличии. Такая память называется динамической, потому что она удерживает заряд недолго. И нуждается в периодической подзарядке, чтобы сохранять данные. Но даже время отклика в 100 нс (наносекунд) это много для современных процессоров. У них есть еще одна небольшая скоростная внутренняя кеш память, производимая из ОЗУ статического типа. Она обычно состоит из 6 соединенных транзисторов, которым не нужна подзарядка.

Статическая ОЗУ самая быстрая память, но и самая дорогая. Она занимает в 3 раза больше места, чем динамическая ОЗУ.

Но ОЗУ и кеш могу хранить данные, только когда они подключены к источнику питания. Чтобы сохранить данные после выключения устройства они должны быть перенесены в долгосрочную память. Она представлена в 3 видах: в магнитном носителе — самом дешевом, данные записываются на магнитную пленку вращающегося диска. Но так как диск должен вращаться, чтобы прочесть данные, время отклика таких носителей в сто тысяч раз больше, чем у динамической ОЗУ.

Оптические носителе такие как DVD или блю рей также используют вращающиеся диски. Но уже с более дорогим покрытием. Биты кодируются в виде светлых и темных пятен особым красителем. Они считывается с помощью лазера. Оптические носители являются съемными и дешевыми, но и их время отклика еще больше. А емкость меньше чем у магнитных носителей. И, наконец, самыми новыми и быстрыми долговременными носителями информации являются твердотельные накопители — такие как флешки. У них нет движущихся частей, вместо этого они используют транзисторы с плавающим затвором. Которые хранят биты путем захвата или удаления электрических зарядов.

Так насколько же надежны эти миллиарды битов?

Мы привыкли считать компьютерную память надежной и постоянной. Но на самом деле она портится очень быстро. Тепло вырабатываемого устройства в конечно счете размагничивает жесткие диски, ухудшает красители в оптических носителях и вызывают утечку зарядов в твердотельных накопителях. У последних есть еще один дополнительных минус — при записи информации на транзисторы с плавающим затвором разъедает их делая непригодными. Средняя продолжительность работы современных накопителей — 10 лет. Ученые работают с физическими свойствами материалов вплоть до квантового уровня. В надежде сделать накопители быстрее, меньше и долговечнее. Но пока бессмертие остается недостигаемым, как для людей, так и для компьютеров.