În vechime - în urmă cu aproape 80 de ani, în zorii tehnologiei de calcul - memoria dispozitivelor de calcul era de obicei împărțită în trei tipuri. Primar, secundar și extern. Acum nimeni nu folosește această terminologie, deși clasificarea în sine există până în zilele noastre. Numai memoria primară este acum numită operațională, secundară - hard disk-uri interne, iar cea externă este deghizată în tot felul de discuri optice și unități flash.
Înainte de a începe o călătorie în trecut, să înțelegem clasificarea de mai sus și să înțelegem pentru ce înseamnă fiecare tip de memorie. Un computer reprezintă informații sub forma unei secvențe de biți - cifre binare cu valori de 1 sau 0. Unitatea de informații universale general acceptată este un octet, format de obicei din 8 biți. Toate datele utilizate de computer ocupă un anumit număr de octeți. De exemplu, un fișier muzical tipic este de 40 de milioane de biți - 5 milioane de octeți (sau 4,8 megabyți). Procesorul central nu poate funcționa fără un dispozitiv de memorie elementară, deoarece toate lucrările sale se reduc la recepție, procesare și scriere din nou în memorie. De aceea, legendarul John von Neumann (am menționat numele său de mai multe ori într-o serie de articole despre mainframe) a apărut cu o structură independentă în computer,unde ar fi stocate toate datele necesare.
Clasificarea memoriei interne împarte și suportul în funcție de principiul vitezei (și al energiei). Memoria primară rapidă (aleatorie) este folosită astăzi pentru a stoca informații critice la care CPU accesează cel mai des. Acesta este nucleul sistemului de operare, fișierele executabile ale programelor rulante, rezultatele intermediare ale calculelor. Timpul de acces este minim, doar câteva nanosecunde.
Memoria primară comunică cu un controler localizat fie în interiorul procesorului (în ultimele modele de procesor), fie ca un cip separat pe placa de bază (puntea de nord). Prețul RAM-ului este relativ ridicat, în afară de aceasta, este volatil: au oprit computerul sau au scos accidental cablul de alimentare din priză - și toate informațiile s-au pierdut. Prin urmare, toate fișierele sunt stocate în memoria secundară - pe platourile de pe hard disk. Informațiile de aici nu sunt șterse după întreruperea curentului, iar prețul pe megabyte este foarte mic. Singurul dezavantaj al hard disk-urilor este viteza de reacție scăzută, fiind măsurată deja în milisecunde.
Apropo, un fapt interesant. În zorii dezvoltării computerelor, memoria primară nu a fost separată de memoria secundară. Unitatea principală de procesare a fost foarte lentă, iar memoria nu a dat efect de gât. Datele online și persistente au fost stocate în aceleași componente. Mai târziu, când viteza calculatoarelor a crescut, au apărut noi tipuri de suporturi de stocare.
Inapoi in trecut
Una dintre componentele principale ale primelor calculatoare au fost comutatoarele electromagnetice, dezvoltate de celebrul savant american Joseph Henry în 1835, când nimeni nu a visat niciun computer. Mecanismul simplu a constat dintr-un miez de metal înfășurat cu sârmă, armături mobile din fier și câteva contacte. Dezvoltarea lui Henry a stat la baza telegrafului electric al lui Samuel Morse și Charles Whitstone.
Video promotional:
Primul computer bazat pe switch-uri a apărut în Germania în 1939. Inginerul Konrad Süs le-a folosit pentru a crea logica de sistem a dispozitivului Z2. Din păcate, mașina nu a trăit mult timp, iar planurile și fotografiile sale s-au pierdut în timpul bombardamentului din cel de-al doilea război mondial. Următorul dispozitiv de calcul Sius (sub numele Z3) a fost lansat în 1941. Acesta a fost primul computer controlat de program. Principalele funcții ale mașinii au fost realizate cu 2000 de comutatoare. Konrad urma să transfere sistemul către componente mai moderne, dar guvernul a închis finanțarea, crezând că ideile lui Sius nu au viitor. Ca și predecesorul său, Z3 a fost distrus în timpul raidurilor de bombardament aliate.
Întrerupătoarele electromagnetice au funcționat foarte lent, dar dezvoltarea tehnologiei nu a stat pe loc. Al doilea tip de memorie pentru sistemele timpurii de calculator au fost liniile de întârziere. Informațiile erau purtate de impulsuri electrice, care erau transformate în unde mecanice și cu viteză mică, deplasate prin mercur, un cristal piezoelectric sau o bobină magnetoresistivă. Există o undă - 1, nu există nici o undă - 0. Sute și mii de impulsuri ar putea călători prin materialul conductor pentru unitatea de timp. La sfârșitul traseului său, fiecare undă a fost transformată înapoi într-un impuls electric și trimisă la început - iată cea mai simplă operație de actualizare pentru tine.
Linia de întârziere a fost dezvoltată de inginerul american John Presper Eckert. Computerul EDVAC, introdus în 1946, conținea două blocuri de memorie cu 64 de linii de întârziere bazate pe mercur (5,5 KB conform standardelor moderne). În acel moment, acest lucru era mai mult decât suficient pentru muncă. Memoria secundară a fost prezentă și în EDVAC - rezultatele calculelor au fost înregistrate pe bandă magnetică. Un alt sistem, UNIVAC 1, care a fost lansat în 1951, a folosit 100 de blocuri bazate pe linii de întârziere și a avut un design complex cu multe elemente fizice pentru stocarea datelor.
Memoria liniei de întârziere seamănă mai mult cu motorul hiperspațial al unei nave spațiale. Este greu de imaginat, dar un astfel de colos ar putea stoca doar câțiva biți de date!
Copiii lui Bobek
Două invenții destul de importante în domeniul operatorilor de date au rămas în culisele cercetărilor noastre. Ambele au fost realizate de talentatul angajat al Bell Labs Andrew Bobek. Prima dezvoltare, așa-numita memorie twistor, ar putea fi o alternativă excelentă la memoria nucleului magnetic. Ea a repetat în mare parte ultima, dar în loc de inele de ferită pentru stocarea datelor, a folosit bandă magnetică. Tehnologia avea două avantaje importante. În primul rând, memoria twistor ar putea scrie și citi simultan informații dintr-o serie de răsucire. În plus, a fost ușor să configurați producția automată. Bell Labs spera că acest lucru ar reduce semnificativ prețul memoriei twistor și va ocupa o piață promițătoare.
Dezvoltarea a fost finanțată de Forțele Aeriene ale SUA, iar memoria urma să devină o celulă funcțională importantă a rachetelor Nike Sentinel. Din păcate, lucrările la răsucire au durat mult timp, iar memoria bazată pe tranzistoare a venit în prim plan. Captarea pieței nu a avut loc.
„Norocul pentru prima dată, atât de norocos pentru a doua”, a spus Bell Labs. La începutul anilor 70, Andrew Bobek a introdus o memorie nevolatilă cu bule. S-a bazat pe o peliculă magnetică subțire care reținea mici regiuni magnetizate (bule) care stoca valori binare. După ceva timp, a apărut prima celulă compactă cu o capacitate de 4096 biți - un dispozitiv care măsoară un centimetru pătrat avea capacitatea unei benzi întregi cu miezuri magnetice.
Multe companii s-au interesat de invenție, iar la mijlocul anilor 70 toți jucătorii importanți ai pieței au preluat dezvoltarea în domeniul memoriei cu bule. Structura nevolatilă a făcut ca bulele să fie o înlocuire ideală atât pentru memoria primară, cât și pentru cea secundară. Dar chiar și aici planurile Bell Labs nu s-au făcut realitate - hard disk-urile ieftine și memoria tranzistorului au blocat oxigenul tehnologiei cu bule.
Vacumul este totul
Până la sfârșitul anilor 40, logica de sistem a computerelor s-a mutat în tuburi de vid (sunt și tuburi electronice sau arbori termionici). Împreună cu acestea, televiziunile, dispozitivele de reproducere a sunetului, calculatoarele analogice și digitale au primit un nou impuls în dezvoltare.
Tuburile de vid au supraviețuit până în zilele noastre. Sunt îndrăgiți în special printre audiofili. Se crede că circuitul de amplificare bazat pe tuburi de vid este o reducere peste analogii moderni în calitatea sunetului.
Sub misterioasa expresie „tub de vid” este un element destul de simplu în structură. Seamănă cu o lampă incandescentă obișnuită. Filamentul este închis într-un spațiu fără aer, iar atunci când este încălzit, emite electroni, care cad pe o placă metalică încărcată pozitiv. Un flux de electroni este generat în interiorul lămpii sub tensiune. Tubul de vid poate trece sau bloca (fazele 1 și 0) curentul care trece prin el, acționând ca o componentă electronică a computerelor. În timpul funcționării, tuburile de vid devin foarte fierbinți, trebuie răcite intens. Dar sunt mult mai rapide decât comutatoarele antediluviene.
Memoria primară bazată pe această tehnologie a apărut în 1946-1947, când inventatorii Freddie Williams și Tom Kilburn au introdus conducta Williams-Kilburn. Metoda de stocare a datelor a fost foarte ingenioasă. În anumite condiții, pe tub a apărut un punct de lumină, care încărca ușor suprafața ocupată. Zona din jurul punctului a dobândit o încărcare negativă (a fost numită „fântână de energie”). Un punct nou ar putea fi plasat în „fântână” sau lăsat nesupravegheat - atunci punctul inițial ar dispărea rapid. Aceste transformări au fost interpretate de controlerul de memorie ca fazele binare 1 și 0. Tehnologia a fost foarte populară. Memoria de tub Williams-Kilburn a fost instalată în computerele Ferranti Mark 1, IAS, UNIVAC 1103, IBM 701, IBM 702 și Standard Western Computer Computer (SWAC).
În paralel, inginerii de la Radio Corporation of America, sub conducerea savantului Vladimir Zvorykin, își dezvoltau propriul tub, numit selectron. Conform ideii autorilor, selektronul trebuia să conțină până la 4096 biți de informații, de patru ori mai mult decât tubul Williams-Kilburn. S-a estimat că până la sfârșitul anului 1946 vor fi produși aproximativ 200 de selectroni, dar producția s-a dovedit a fi foarte scumpă.
Până în primăvara anului 1948, Radio Corporation of America nu a lansat un singur selectron, dar lucrările la concept au continuat. Inginerii au reproiectat tubul și o versiune mai mică de 256 biți este disponibilă acum. Mini-selectrele au fost mai rapide și mai fiabile decât tuburile Williams-Kilburn, dar au costat 500 USD pe bucată. Și acest lucru este în producția de masă! Totuși, selectronii au reușit să intre în mașina de calcul - în 1953 compania RAND a lansat un computer sub denumirea amuzantă JOHNNIAC (în onoarea lui John von Neumann). S-au instalat selectroni reduse de 256 biți în sistem, iar memoria totală a fost de 32 de octeți.
Alături de tuburile de vid, unele computere ale vremii au folosit memoria tamburului, inventată de Gustav Tauscek în 1939. Designul simplu a implicat un cilindru metalic mare acoperit cu un aliaj feromagnetic. Capetele de citire, spre deosebire de hard disk-urile moderne, nu s-au mișcat pe suprafața cilindrului. Controlerul de memorie a așteptat ca informațiile să treacă pe sub capete de unul singur. Memoria de tambur a fost folosită în computerul Atanasov-Berry și în alte sisteme. Din păcate, performanțele sale au fost foarte scăzute.
Selektronul nu a fost destinat să cucerească piața calculatoarelor - Componentele electronice cu aspect îngrijit au rămas adunând praf în praful istoriei. Și asta în ciuda caracteristicilor tehnice deosebite.
Tendințe moderne
În acest moment, piața de memorie primară este guvernată de standardul DDR. Mai precis, a doua generație. Tranziția la DDR3 va avea loc foarte curând - rămâne să așteptăm apariția chipset-urilor ieftine care susțin noul standard. Standardizarea pe scară largă a făcut ca segmentul de memorie să fie prea plictisitor pentru a fi descris. Producătorii au încetat să mai inventeze produse noi și unice. Toate lucrările se reduc la creșterea frecvenței de funcționare și instalarea unui sistem sofisticat de răcire.
Stagnarea tehnologică și etapele evolutive timide vor continua până când producătorii ajung la limita capacităților siliciului (este din care sunt fabricate circuite integrate). Până la urmă, frecvența muncii nu poate fi crescută la nesfârșit.
Cu toate acestea, există o singură captură aici. Performanța cipurilor DDR2 existente este suficientă pentru majoritatea aplicațiilor informatice (programele științifice complexe nu contează). Instalarea modulelor DDR3 care funcționează la 1066 MHz și mai mare nu duce la o creștere tangibilă a vitezei.
Star Trek spre viitor
Dezavantajul principal al memoriei și al tuturor celorlalte componente bazate pe tuburi de vid a fost generarea de căldură. Țevile trebuiau răcite cu calorifere, aer și chiar apă. În plus, încălzirea constantă a redus semnificativ timpul de funcționare - tuburile s-au degradat în modul cel mai natural. La sfârșitul vieții lor de serviciu, trebuiau să fie în mod constant reglați și în cele din urmă schimbate. Vă puteți imagina cât de mult efort și bani costă serviciile de sisteme informatice ?!
Textura ciudată în fotografie - este o memorie cu miez magnetic. Iată o structură vizuală a unuia dintre tablele cu fire și inele de ferită. Vă puteți imagina cât timp ați avut de petrecut pentru a găsi un modul care nu funcționează printre ei?
Apoi a venit vremea tablelor cu inele de ferită strâns distanțate - o invenție a fizicienilor americani An Wang și Wei-Dong Wu, modificate de studenți sub conducerea lui Jay Forrester de la Massachusetts Institute of Technology (MIT). Cablurile de conectare au trecut prin centrele inelelor la un unghi de 45 de grade (patru pentru fiecare inel în sistemele timpurii, două în sisteme mai avansate). Sub tensiune, firele inelează cu ferită magnetizată, fiecare putând stoca un bit de date (magnetizat - 1, demagnetizat - 0).
Jay Forrester a dezvoltat un sistem în care semnalele de control pentru mai multe nuclee erau trimise prin doar câteva fire. În 1951, a fost lansată o memorie bazată pe nuclee magnetice (un analog direct al memoriei moderne cu acces aleatoriu). Ulterior, a ocupat locul potrivit în multe computere, inclusiv în primele generații de cadre principale de la DEC și IBM. În comparație cu predecesorii săi, noul tip de memorie nu a avut practic niciun dezavantaj. Fiabilitatea sa a fost suficientă pentru a funcționa în nave militare și chiar spațiale. După prăbușirea navetei Challenger, care a dus la moartea a șapte dintre membrii echipajului său, datele computerului de bord înregistrat în memorie cu nuclee magnetice au rămas intacte și intacte.
Tehnologia a fost îmbunătățită treptat. Perlele de ferită au scăzut în mărime, viteza de lucru a crescut. Primele eșantioane au funcționat cu o frecvență de aproximativ 1 MHz, timpul de acces a fost de 60.000 ns - la mijlocul anilor 70 a scăzut la 600 ns.
Dragă, am redus memoria
Următorul salt înainte în dezvoltarea memoriei computerului a apărut atunci când au fost inventate circuite integrate și tranzistoare. Industria a luat calea componentelor de miniaturizare, crescând în același timp performanța acestora. La începutul anilor ’70, industria semiconductorilor stăpânea producerea de microcircuite extrem de integrate - zeci de mii de tranzistoare se încadrează acum într-o zonă relativ mică. Au apărut cipuri de memorie cu o capacitate de 1 Kbit (1024 biți), cipuri mici pentru calculatoare și chiar primele microprocesoare. O adevărată revoluție s-a întâmplat.
Producătorii de memorie în zilele noastre sunt mai preocupați de aspectul produselor lor - toate aceleași standarde și caracteristici sunt predeterminate în comisioane precum JEDEC.
Dr. Robert Dennard de la IBM a adus o contribuție specială la dezvoltarea memoriei primare. A dezvoltat primul cip bazat pe un tranzistor și un condensator mic. În 1970, piața a fost stimulată de Intel (care a apărut cu doar doi ani mai devreme) odată cu introducerea cipului de memorie 1Kb i1103. Doi ani mai târziu, acest produs a devenit cel mai vândut cip de memorie cu semiconductor din lume.
În zilele primului Apple Macintosh, blocul RAM ocupa o bară imensă (în fotografia de mai sus), în timp ce volumul nu depășea 64 KB.
Microcircuitele puternic integrate au înlocuit rapid tipurile de memorie mai vechi. Odată cu trecerea la următorul nivel de dezvoltare, mainframe-uri voluminoase au dat loc computerelor desktop. Memoria principală la acea vreme a fost în cele din urmă separată de cea secundară, a luat forma de microcipuri separate cu o capacitate de 64, 128, 256, 512 Kbit și chiar 1 Mbit.
În cele din urmă, cipurile de memorie primară au fost mutate de pe plăci de bază în benzi separate, ceea ce a facilitat foarte mult instalarea și înlocuirea componentelor defecte. Frecvențele au început să crească, timpii de acces au scăzut. Primele cipuri SDRAM dinamice sincrone au apărut în 1993, introduse de Samsung. Noile microcircuite au funcționat la 100 MHz, timpul de acces a fost de 10 ns.
Din acel moment, a început marșul victorios al SDRAM, iar până în 2000, acest tip de memorie le-a izgonit pe toți concurenții. Comisia JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) a preluat definiția standardelor pe piața RAM. Participanții au format specificații care sunt uniforme pentru toți producătorii, frecvența și caracteristicile electrice aprobate.
Evoluția ulterioară nu este atât de interesantă. Singurul eveniment semnificativ a avut loc în anul 2000, când a apărut pe piață RAM standard DDR SDRAM. A furnizat de două ori lățimea de bandă a SDRAM-ului convențional și a creat scena pentru creșterea viitoare. DDR a fost urmat în 2004 de standardul DDR2, care este încă cel mai popular.
Trol de brevete
În lumea IT modernă, sintagma Patent Troll se referă la firmele care câștigă bani din procese. Acestea motivează acest lucru prin faptul că alte companii și-au încălcat drepturile de autor. Dezvoltatorul de memorie Rambus se încadrează complet în această definiție.
De la fondarea sa în 1990, Rambus a licențiat tehnologia către terți. De exemplu, controlerele și cipurile sale de memorie pot fi găsite în Nintendo 64 și PlayStation 2. Cea mai bună oră de la Rambus a venit în 1996, când Intel a încheiat un acord cu Intel pentru a utiliza sloturile RDRAM și RIMM în produsele sale.
La început, totul a decurs conform planului. Intel a pus la dispoziție o tehnologie avansată, iar Rambus s-a mulțumit cu un parteneriat cu unul dintre cei mai mari jucători din industria IT. Din păcate, prețul ridicat al modulelor RDRAM și al chipset-urilor Intel a pus capăt popularității platformei. Producătorii de placă de bază au folosit chipset-uri și plăci VIA cu conectori pentru SDRAM obișnuit.
Rambus și-a dat seama că în această etapă a pierdut piața de memorie și și-a început jocul lung cu brevete. Primul lucru pe care l-a întâlnit a fost o nouă dezvoltare JEDEC - memoria DDR SDRAM. Rambus a atacat-o, acuzând creatorii de încălcarea dreptului de autor. De ceva timp, compania a primit redevențe în numerar, dar următorul dosar judecătoresc cu Infineon, Micron și Hynix a pus totul la locul său. Instanța a recunoscut că evoluțiile tehnologice în domeniul DDR SDRAM și SDRAM nu aparțin de Rambus.
De atunci, numărul total de reclamații formulate de Rambus împotriva producătorilor de RAM de marcă a depășit toate limitele imaginabile. Și se pare că acest mod de viață se potrivește destul de bine companiei.
