Senovėje - tai buvo beveik prieš 80 metų, skaičiavimo technologijos aušroje - skaičiavimo prietaisų atmintis paprastai būdavo suskirstoma į tris tipus. Pirminis, antrinis ir išorinis. Dabar niekas nevartoja šios terminijos, nors pati klasifikacija egzistuoja iki šiol. Tik pirminė atmintis dabar vadinama operacine, antrine - vidiniais standžiaisiais diskais, o išorinė yra užmaskuota kaip visų rūšių optiniai diskai ir „flash drives“.
Prieš pradėdami kelionę į praeitį, supraskime aukščiau pateiktą klasifikaciją ir supraskime, kam skirtas kiekvienas atminties tipas. Kompiuteris pateikia informaciją bitų sekos pavidalu - dvejetainiais skaitmenimis, kurių reikšmės yra 1 arba 0. Visuotinai priimtas universalus informacijos vienetas yra baitas, paprastai susidedantis iš 8 bitų. Visi kompiuterio naudojami duomenys užima tam tikrą skaičių baitų. Pavyzdžiui, įprastas muzikos failas yra 40 milijonų bitų - 5 milijonai baitų (arba 4,8 megabaitų). Centrinis procesorius negali veikti be pagrindinio atminties įrenginio, nes visas jo darbas yra susijęs tik su priėmimo, apdorojimo ir įrašymo atgal į atmintį. Štai kodėl legendinis Johnas von Neumannas (ne kartą minėjome jo vardą straipsnių serijoje apie pagrindinius kompiuterius) sukūrė nepriklausomą struktūrą kompiuterio viduje,kur būtų saugomi visi reikalingi duomenys.
- „Salik.biz“
Vidinės atminties klasifikacija taip pat dalija laikmenas pagal greičio (ir energijos) principą. Greita pirminė (atsitiktinės prieigos) atmintis šiandien naudojama saugoti svarbią informaciją, kurią dažniausiai pasiekia centrinis procesorius. Tai operacinės sistemos branduolys, vykdomų programų vykdomieji failai, tarpiniai skaičiavimų rezultatai. Prieigos laikas yra minimalus, tik kelios nanosekundės.
Pirminė atmintis bendrauja su valdikliu, esančiu procesoriaus viduje (naujausiuose CPU modeliuose), arba kaip atskirą lustą pagrindinėje plokštėje (šiaurinis tiltas). RAM kaina yra palyginti aukšta, be to, ji nestabili: jie išjungė kompiuterį arba netyčia ištraukė maitinimo laidą iš lizdo - ir visa informacija buvo prarasta. Todėl visi failai saugomi antrinėje atmintyje - standžiojo disko plokštelėse. Informacija čia neištrinama po elektros energijos tiekimo nutraukimo, o megabaito kaina yra labai maža. Vienintelis kietųjų diskų trūkumas yra mažas reakcijos greitis, jis matuojamas jau milisekundėmis.
Beje, įdomus faktas. Kompiuterių plėtros aušroje pirminė atmintis nebuvo atskirta nuo antrinės atminties. Pagrindinis apdorojimo įrenginys buvo labai lėtas, o atmintis nesuteikė kliūties efekto. Internetiniai ir nuolatiniai duomenys buvo saugomi tuose pačiuose komponentuose. Vėliau, padidėjus kompiuterių greičiui, atsirado naujų rūšių laikmenos.
Atgal į praeitį
Vienas pagrindinių pirmųjų kompiuterių komponentų buvo elektromagnetiniai jungikliai, kuriuos 1835 m. Sukūrė garsus amerikiečių mokslininkas Josephas Henry, kai niekas net nesvajojo apie jokius kompiuterius. Paprastą mechanizmą sudarė viela apvyniota metalinė šerdis, kilnojamoji geležinė armatūra ir keli kontaktai. Henriko raida sudarė Samuelio Morse'o ir Charleso Whitstone'o elektrinio telegrafo pagrindą.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Pirmasis komutatorių pagrindu pagamintas kompiuteris pasirodė Vokietijoje 1939 m. Inžinierius Konradas Süsas juos panaudojo kurdamas Z2 įrenginio sistemos logiką. Deja, automobilis ilgai negyveno, o jo planai ir nuotraukos buvo pamesti per Antrąjį pasaulinį karą. Kitas skaičiavimo įrenginys „Sius“(pavadinimu Z3) buvo išleistas 1941 m. Tai buvo pirmasis kompiuteris, valdomas programos. Pagrindinės mašinos funkcijos buvo realizuotos naudojant 2000 jungiklių. Konradas ketino perkelti sistemą į modernesnius komponentus, tačiau vyriausybė finansavimą nutraukė, manydama, kad Sijaus idėjos neturi ateities. Kaip ir jo pirmtakas, Z3 buvo sunaikintas per sąjungininkų bombardavimo reidus.
Elektromagnetiniai jungikliai veikė labai lėtai, tačiau technologijos vystymasis nesustojo vietoje. Antrasis ankstyvųjų kompiuterių sistemų atminties tipas buvo vėlavimo linijos. Informaciją gabeno elektriniai impulsai, kurie buvo paversti mechaninėmis bangomis ir mažu greičiu judėjo per gyvsidabrį, pjezoelektrinį kristalą arba magnetoresresinę ritę. Yra banga - 1, nėra bangos - 0. Šimtai ir tūkstančiai impulsų galėtų perduoti laidžią medžiagą per laiko vienetą. Pasibaigus keliui, kiekviena banga buvo vėl paversta elektriniu impulsu ir nusiųsta į pradžią - štai jums paprasčiausias atnaujinimo veiksmas.
Atidėjimo liniją sukūrė amerikiečių inžinierius Johnas Presperis Eckertas. EDVAC kompiuteryje, pristatytame 1946 m., Buvo du atminties blokai su 64 delsimo linijomis, pagrįstomis gyvsidabriu (pagal šiuolaikinius standartus - 5,5 KB). Tuo metu to buvo daugiau nei pakankamai darbui. Antrinė atmintis taip pat buvo EDVAC - skaičiavimų rezultatai buvo įrašyti į magnetinę juostą. Kita sistema, UNIVAC 1, išleista 1951 m., Naudojo 100 blokų, pagrįstų vėlavimo linijomis, ir turėjo sudėtingą dizainą su daugybe fizinių elementų duomenims saugoti.
Atidėtos eilutės atmintis labiau primena kosminio laivo hipers kosmoso variklį. Sunku įsivaizduoti, tačiau toks rinkinys galėtų kaupti tik keletą duomenų bitų!
Bobeko vaikai
Du gana reikšmingi išradimai duomenų laikmenų srityje liko už mūsų tyrimų užkulisių. Abu juos atliko talentingas „Bell Labs“darbuotojas Andrew Bobekas. Pirmoji plėtra, vadinamoji „twistor“atmintis, galėtų būti puiki alternatyva magnetinei šerdies atminčiai. Ji iš esmės pakartojo pastarąją, tačiau vietoj ferito žiedų duomenų saugojimui ji naudojo magnetinę juostą. Ši technologija turėjo du svarbius pranašumus. Pirma, „twistor“atmintis vienu metu galėtų rašyti ir skaityti informaciją iš daugybės „twist“elementų. Be to, buvo nesunku nustatyti automatinę gamybą. „Bell Labs“vylėsi, kad tai žymiai sumažins „twistor“atminties kainą ir užims daug žadančią rinką.
Kūrimą finansavo JAV oro pajėgos, o atmintis turėjo tapti svarbia „Nike Sentinel“raketų funkcine ląstele. Deja, darbas su sukikliais užtruko ilgai, ir į atmintį įsirėžė tranzistoriai. Rinkos fiksavimas neįvyko.
„Pirmą kartą pasisekė, antrą kartą pasisekė“, - pagalvojo „Bell Labs“. 70-ųjų pradžioje Andrew Bobekas pristatė nekintamą burbulo atmintį. Jo pagrindas buvo plona magnetinė plėvelė, kurioje buvo mažos įmagnetintos sritys (burbuliukai), kuriose buvo saugomos dvejetainės vertės. Po kurio laiko pasirodė pirmoji kompaktiška ląstelė, kurios talpa 4096 bitai - vieno kvadratinio centimetro dydžio prietaisas turėjo visos juostelės su magnetinėmis šerdimis talpą.
Išradimu susidomėjo daugelis kompanijų, o aštuntojo dešimtmečio viduryje visi pagrindiniai rinkos dalyviai ėmėsi tobulinimo burbulinės atminties srityje. Nelakioji struktūra padarė burbulus idealiu pirminės ir antrinės atminties pakeitimu. Tačiau net ir čia „Bell Labs“planai neišsipildė - pigūs kietieji diskai ir tranzistoriaus atmintis užblokavo burbulų technologijos deguonį.
Vakuumas yra mūsų viskas
40-ųjų pabaigoje kompiuterių sistemos logika persikėlė į vakuuminius vamzdelius (jie taip pat yra elektroniniai vamzdžiai arba termioniniai velenai). Kartu su jais televizija, garso atkūrimo įrenginiai, analoginiai ir skaitmeniniai kompiuteriai gavo naują impulsą plėtrai.
Vakuuminiai vamzdeliai technologijoje išliko iki šių dienų. Jie ypač mėgstami tarp audiofilų. Manoma, kad vakuuminių vamzdžių pagrindu sukurta stiprintuvo grandinė yra pjūvis, viršijantis šiuolaikinius garso kokybės analogus.
Pagal paslaptingą frazę „vakuuminis vamzdelis“yra gana paprastas elementas. Tai primena įprastą kaitrinę lempą. Kaitinimo siūlas uždaromas beorėje erdvėje, o kaitinant jis skleidžia elektronus, kurie patenka ant teigiamai įkrautos metalinės plokštės. Lempos viduje esant įtampai sukuriamas elektronų srautas. Vakuuminis vamzdelis gali praeiti arba blokuoti (1 ir 0 fazes) pro jį praeinančią srovę, veikdamas kaip elektroninis kompiuterių komponentas. Veikimo metu vakuuminiai vamzdeliai labai įkaista, jie turi būti intensyviai aušinami. Bet jie yra daug greitesni nei antiluvijos jungikliai.
Pirminė atmintis, pagrįsta šia technologija, atsirado 1946–1947 m., Kai išradėjai Freddie Williamsas ir Tomas Kilburnas pristatė „Williams-Kilburn“vamzdį. Duomenų saugojimo metodas buvo labai išradingas. Tam tikromis sąlygomis ant vamzdžio atsirado šviesos taškas, kuris šiek tiek užkrauna užimtą paviršių. Plotas aplink tašką įgavo neigiamą krūvį (jis buvo vadinamas „energijos šuliniu“). Naujas taškas gali būti dedamas į „šulinį“arba paliktas be priežiūros - tada pirminis taškas greitai išnyks. Šias transformacijas atminties valdiklis aiškino kaip dvejetaines 1 ir 0 fazes. Ši technologija buvo labai populiari. „Williams-Kilburn“vamzdelio atmintis buvo įdiegta „Ferranti Mark 1“, IAS, UNIVAC 1103, IBM 701, IBM 702 ir „Standard Western Western Computer“(SWAC) kompiuteriuose.
Tuo pat metu inžinieriai iš Amerikos radijo korporacijos, vadovaujami mokslininko Vladimiro Zvorykino, kūrė savo vamzdį, vadinamą selektronu. Remiantis autorių idėja, selektrone turėjo būti iki 4096 bitų informacijos, tai yra keturis kartus daugiau nei „Williams-Kilburn“vamzdyje. Buvo apskaičiuota, kad iki 1946 m. Pabaigos bus pagaminta apie 200 selektronų, tačiau gamyba pasirodė esanti labai brangi.
Iki 1948 m. Pavasario Amerikos radijo korporacija neišleido nė vieno selektrono, tačiau darbas prie šios koncepcijos tęsėsi. Inžinieriai pertvarkė vamzdį ir dabar yra mažesnė 256 bitų versija. Mini selektronai buvo greitesni ir patikimesni nei „Williams-Kilburn“vamzdžiai, tačiau kainavo 500 USD už vienetą. Ir tai yra masinėje gamyboje! Vis dėlto selektronams pavyko patekti į skaičiavimo mašiną - 1953 m. RAND kompanija išleido kompiuterį juokingu pavadinimu JOHNNIAC (Johno von Neumanno garbei). Sistemoje buvo įdiegta sumažinta 256 bitų atranka, o visa atmintis buvo 32 baitai.
Kartu su vakuuminiais vamzdeliais kai kurie to meto kompiuteriai naudojo būgno atmintį, kurią 1939 m. Išrado Gustavas Tauscekas. Paprastas dizainas apėmė didelį metalinį cilindrą, padengtą feromagnetiniu lydiniu. Skaitymo galvutės, skirtingai nei šiuolaikiniai kietieji diskai, nejudėjo per cilindro paviršių. Atminties valdiklis laukė, kol informacija praeis atskirai. Būgninė atmintis buvo naudojama „Atanasov-Berry“kompiuteryje ir kai kuriose kitose sistemose. Deja, jos našumas buvo labai žemas.
„Selektron“nebuvo lemta užkariauti kompiuterių rinkos - Tvarkingai atrodantys elektroniniai komponentai vis dar kaupia dulkes istorijos šiukšliadėžėje. Ir tai nepaisant puikių techninių charakteristikų.
Šiuolaikinės tendencijos
Šiuo metu pirminę atminties rinką valdo DDR standartas. Tiksliau, jos antroji karta. Perėjimas prie DDR3 įvyks labai greitai - belieka laukti, kol atsiras nebrangių mikroschemų rinkinių, palaikančių naująjį standartą. Dėl plataus standartizacijos atminties segmentą apibūdinti buvo per daug nuobodu. Gamintojai nustojo išrasti naujus, unikalius produktus. Visas darbas susijęs su darbo dažnio didinimu ir modernios aušinimo sistemos įrengimu.
Technologinis sąstingis ir nedrąsūs evoliucijos žingsniai bus tęsiami tol, kol gamintojai pasieks silicio galimybių ribas (būtent iš jų ir sudaromos integruotos mikroschemos). Galų gale, darbo dažnis negali būti padidintas neribotą laiką.
Tačiau čia yra vienas laimikis. Esamų DDR2 lustų našumas yra pakankamas daugumai kompiuterinių programų (sudėtingos mokslinės programos neskaičiuojamos). DDR3 modulių, veikiančių 1066 MHz ir aukštesnėje dažnyje, įdiegimas apčiuopiamo greičio padidėjimo nereiškia.
Žvaigždžių kelias į ateitį
Pagrindinis atminties ir visų kitų komponentų, kurių pagrindą sudaro vakuuminiai vamzdeliai, trūkumas buvo šilumos generavimas. Vamzdžiai turėjo būti aušinami radiatoriais, oru ir net vandeniu. Be to, nuolatinis šildymas žymiai sumažino veikimo laiką - vamzdžiai suyra natūraliausiu būdu. Pasibaigus tarnybos laikotarpiui, jie turėjo būti nuolat derinami ir galiausiai keičiami. Ar galite įsivaizduoti, kiek pastangų ir pinigų kainuoja kompiuterinių sistemų aptarnavimas ?!
Keista tekstūra nuotraukoje - tai yra magnetinė šerdies atmintis. Čia yra vizualinė vieno iš masyvų su viela ir ferito žiedais struktūra. Ar galite įsivaizduoti, kiek laiko turėjote praleisti tarp jų neveikiantį modulį?
Tada atėjo masyvų su glaudžiai išdėstytais ferito žiedais laikas - amerikiečių fizikų An Wang ir Wei-Dong Wu išradimas, kurį modifikavo studentai, vadovaujami Jay Forrester iš Masačusetso technologijos instituto (MIT). Jungiamieji laidai eidavo per žiedų centrus 45 laipsnių kampu (keturi kiekvienam žiedui ankstyvosiose sistemose, du - sudėtingesnėse sistemose). Esant įtampai, laidai įmagnetino ferito žiedus, kurių kiekvienas galėjo kaupti vieną duomenų bitą (įmagnetintas - 1, demagnetizuotas - 0).
Jay Forresteris sukūrė sistemą, kurioje kelių šerdžių valdymo signalai buvo siunčiami vos keliais laidais. 1951 m. Buvo išleista atmintis, pagrįsta magnetinėmis šerdimis (tiesioginis šiuolaikinės laisvosios kreipties atminties analogas). Vėliau ji užėmė teisėtą vietą daugelyje kompiuterių, įskaitant pirmosios kartos didžiųjų kompiuterių kartas iš DEC ir IBM. Palyginus su savo pirmtakais, naujo tipo atmintis praktiškai neturėjo trūkumų. Jos patikimumas buvo pakankamas, kad veiktų kariniuose ir net erdvėlaiviuose. Po „Challenger“šaudyklos avarijos, kurios metu žuvo septyni jos įgulos nariai, atmintyje įrašyti borto kompiuterio duomenys su magnetinėmis šerdimis liko nepažeisti.
Technologija buvo palaipsniui tobulinama. Ferito karoliukai sumažėjo, padidėjo darbo greitis. Pirmieji bandiniai veikė maždaug 1 MHz dažniu, prieigos laikas buvo 60 000 ns - 70-ųjų viduryje jis sumažėjo iki 600 ns.
Mielasis, aš sumažinau mūsų atmintį
Kitas šuolis į priekį plėtojant kompiuterinę atmintį atėjo išradus integruotas grandines ir tranzistorius. Pramonė ėmėsi miniatiūrinių komponentų kelio, tuo pačiu padidindama jų eksploatacines savybes. 7-ojo dešimtmečio pradžioje puslaidininkių pramonė įvaldė labai integruotų mikroschemų gamybą - dešimtys tūkstančių tranzistorių dabar telpa santykinai mažame plote. Atsirado atminties lustai, kurių talpa 1 Kbit (1024 bitai), maži lustai skaičiuotuvams ir net pirmieji mikroprocesoriai. Įvyko tikra revoliucija.
Šiomis dienomis atminties gamintojai labiau rūpinasi savo produktų išvaizda - visi tie patys standartai ir charakteristikos yra nustatomi tokiose komisijose kaip JEDEC.
Robertas Dennardas iš IBM ypač prisidėjo kuriant pirminę atmintį. Jis sukūrė pirmąjį lustą, pagrįstą tranzistoriumi ir mažu kondensatoriumi. 1970 m. Rinką paskatino „Intel“(pasirodžiusi vos prieš dvejus metus) įvedusi 1Kb i1103 atminties lustą. Po dvejų metų šis produktas tapo perkamiausiu pasaulyje puslaidininkių atminties lustu.
Pirmųjų „Apple Macintosh“dienų dienomis RAM blokas užėmė didžiulę juostą (nuotraukoje aukščiau), o apimtis neviršijo 64 KB.
Labai integruotos mikroschemos greitai pakeitė senesnių tipų atmintį. Perėjus į kitą plėtros lygį, dideli pagrindiniai kompiuteriai pakeitė stalinius kompiuterius. Tuo metu pagrindinė atmintis buvo galutinai atskirta nuo antrinės, ji įgavo atskirų mikroschemų, kurių talpa 64, 128, 256, 512 Kbit ir net 1 Mbit, pavidalą.
Galiausiai pirminės atminties mikroschemos buvo perkeltos iš pagrindinių plokščių į atskiras juostas, o tai labai palengvino netinkamų komponentų įdiegimą ir pakeitimą. Pradėjo kilti dažniai, sutrumpėjo prieigos laikas. Pirmieji sinchroniniai dinaminiai SDRAM lustai pasirodė 1993 m., Juos pristatė „Samsung“. Naujos mikroschemos veikė 100 MHz dažniu, prieigos laikas buvo 10 ns.
Nuo to momento prasidėjo pergalingas SDRAM žygis, o iki 2000 m. Tokio tipo atmintis panaikino visus konkurentus. JEDEC (jungtinė elektroninių prietaisų inžinerijos taryba) komisija perėmė standartų apibrėžimą RAM rinkoje. Jos dalyviai suformavo specifikacijas, vienodas visiems gamintojams, patvirtintas dažnio ir elektrines charakteristikas.
Tolesnė evoliucija nėra tokia įdomi. Vienintelis reikšmingas įvykis įvyko 2000 m., Kai rinkoje pasirodė DDR SDRAM standartinė RAM. Tai suteikė dvigubai didesnį nei įprastos SDRAM pralaidumą ir sudarė pagrindą būsimam augimui. DDR buvo laikomasi DDR2 standarto, kuris vis dar yra populiariausias.
Patentų trolis
Šiuolaikiniame IT pasaulyje frazė „Patent Troll“reiškia firmas, kurios uždirba pinigus iš ieškinių. Jie tai motyvuoja tuo, kad kitos įmonės pažeidė jų autorių teises. Šis apibrėžimas visiškai patenka į „Rambus“atminties kūrėją.
Nuo įkūrimo 1990 m., „Rambus“savo technologijas licencijavo trečiosioms šalims. Pavyzdžiui, jo valdiklius ir atminties lustus galima rasti „Nintendo 64“ir „PlayStation 2“. „Rambus“geriausia valanda atėjo 1996 m., Kai „Intel“sudarė sutartį su „Intel“naudoti RDRAM ir RIMM laiko tarpsnius savo gaminiuose.
Iš pradžių viskas vyko pagal planą. „Intel“savo žinioje turėjo pažangias technologijas, o „Rambus“patenkino partnerystę su vienu didžiausių IT pramonės dalyvių. Deja, aukšta RDRAM modulių ir „Intel“mikroschemų kaina panaikino platformos populiarumą. Pirmaujančios pagrindinės plokštės gamintojai įprastam SDRAM naudojosi VIA mikroschemų rinkiniais ir plokštėmis su jungtimis.
„Rambus“suprato, kad šiame etape prarado atminties rinką, ir pradėjo ilgą žaidimą su patentais. Pirmas dalykas, su kuriuo ji susidūrė, buvo nauja JEDEC plėtra - DDR SDRAM atmintis. Rambus ją užpuolė, apkaltindamas kūrėjus autorių teisių pažeidimais. Kurį laiką įmonė gavo piniginius honorarus, tačiau kita teismo byla, kurioje dalyvavo „Infineon“, „Micron“ir „Hynix“, viską padėjo į savo vietas. Teismas pripažino, kad technologiniai pokyčiai DDR SDRAM ir SDRAM srityje nepriklauso „Rambus“.
Nuo to laiko bendras „Rambus“ieškinių skaičius prieš pagrindinius RAM gamintojus viršijo visas įsivaizduojamas ribas. Ir panašu, kad toks gyvenimo būdas įmonei tinka gana gerai.