Como funciona a memória dos computadores ? — Kanawat Senanan

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As nossas memórias definem-nos de várias formas: ajudam-nos a recordar o nosso passado, a aprender e a reter competências e a planear para o futuro. Tal como os computadores agem muitas vezes como extensões de nós mesmos, a memória desempenha o mesmo papel. Kanawat Senanan explica como funciona a memória dos computadores.

LIção de Kanawat Senanan, animação de TED-Ed.

As nossas memórias definem-nos
de várias formas:

ajudam-nos a recordar o nosso passado,

a aprender e a reter competências

e a planear para o futuro.

Tal como os computadores
agem, muitas vezes,

como extensões de nós mesmos,

a memória desempenha o mesmo papel,

quer seja um filme de duas horas,

um ficheiro de texto de duas palavras

ou as instruções para abrir ambos,

tudo o que existe
na memória de um computador

assume a forma de unidades básicas
designadas por bits

ou dígitos binários.

Cada uma destas unidades
é armazenada numa célula de memória

capaz de alternar entre dois estados
em dois valores possíveis,

0 e 1.

Os ficheiros e os programas
são compostos por milhões destes bits,

todos eles processados
numa unidade de processamento central,

ou CPU,

que age como o cérebro do computador.

À medida que o número de bits
que é necessário processar

aumenta de forma exponencial,

os designers de computadores
enfrentam uma luta constante

entre tamanho, custo e velocidade.

Como nós, os computadores têm
uma memória de curto-prazo

para as tarefas imediatas

e uma memória de longo-prazo
para um armazenamento mais permanente.

Quando se executa um programa,

o sistema operativo atribui
uma área da memória de curto-prazo

para processar as instruções.

Por exemplo, quando se prime
uma tecla num processador de texto,

a CPU acede a um destes locais
para recuperar bits de dados.

Também pode modificá-los ou criar novos.

O tempo que isto demora
designa-se latência de memória.

Como as instruções dos programas

têm de ser processadas
de forma rápida e contínua,

na memória de curto-prazo

pode-se aceder a todos os locais
por qualquer ordem,

daí o nome memória
de acesso aleatório (RAM).

O tipo de RAM mais comum
é a RAM dinâmica, ou DRAM.

Na DRAM, cada célula da memória

é composta por um transístor minúsculo
e por um condensador

que armazenam as cargas elétricas,

um 0 quando não existe carga
ou um 1 quando existe.

Esta memória designa-se dinâmica

porque armazena as cargas
durante pouco tempo

antes de se dispersarem,

o que requer recargas periódicas
para reter os dados.

Mesmo esta latência reduzida
de 100 nanossegundos

é demasiado longa
para as CPU modernas,

por isso também há uma pequena cache

de memória interna de alta velocidade

feita de RAM estática.

Normalmente, é composta por
seis transístores interligados

que não requerem atualização.

A SRAM é a memória mais rápida
de um sistema de computador,

mas também é a mais cara

e ocupa três vezes
mais espaço do que a DRAM.

Mas a RAM e a cache só conseguem reter
dados se estiverem a receber energia.

Para manter os dados
depois de desligar o dispositivo,

é necessário transferi-los

para um dispositivo
de armazenamento a longo-prazo,

que se pode dividir em três tipos.

No armazenamento magnético
— o mais barato —

os dados são armazenamos
como um padrão magnético

num disco em rotação
revestido com uma película magnética.

Uma vez que o disco deve rodar
até onde os dados se encontram

para que possam ser lidos,

a latência deste tipo de unidades
é cem mil vezes inferior à da DRAM.

Por outro lado, o armazenamento
de base ótica, como os DVD e Blu-Ray,

também utiliza discos em rotação,

mas com um revestimento refletor.

Os bits são codificados
como pontos claros e escuros

com uma tinta
que pode ser lida por um laser.

Embora os suportes de armazenamento ótico
sejam baratos e amovíveis,

possuem latências ainda mais reduzidas
do que o armazenamento magnético,

bem como uma menor capacidade.

Finalmente, os tipos
mais rápidos e recentes

de armazenamento a longo-prazo
são as unidades de estado sólido,

como as pens USB.

Não possuem peças móveis,

em vez disso, utilizam
transístores de porta flutuante

que armazenam bits ao recolher
ou remover cargas elétricas

nas respetivas estruturas internas
especialmente concebidas para tal.

Estes milhares de milhões de bits
são fiáveis?

Temos tendência para pensar que a memória
dos computadores é estável e permanente,

mas na verdade degrada-se
de forma relativamente rápida.

O calor gerado por um dispositivo
e o respetivo ambiente

acaba por desmagnetizar os discos duros,

degradar a tinta no suporte ótico

e causar fugas de carga
em portas flutuantes.

As unidades de estado sólido
também têm mais uma vulnerabilidade.

A escrita repetida nos transístores
de porta flutuante corrói os mesmos,

o que acaba por os tornar inúteis.

Como os dados nos suportes
de armazenamento mais atuais

têm menos de 10 anos de vida útil,

os cientistas estão a tentar explorar
as propriedades físicas de materiais

até ao nível quântico dos mesmos,

na esperança de tornar
os dispositivos de memória mais rápidos

mais pequenos e mais resistentes.

Por enquanto, a imortalidade
está fora do alcance

tanto para os seres humanos
como para os computadores.