Як працює пам'ять комп'ютера - Канават Сенанан

Дивіться повний урок на: http://ed.ted.com/lessons/how-computer-memory-works-kanawat-senanan

Багатьма способами пам'ять робить нас тими, ким ми є, допомагаючи нам пам'ятати наше минуле, здобувати і утримувати навички та планувати майбутнє. І для комп'ютерів, які часто виконують роль наших додатків, пам'ять грає таку ж роль. Канават Сенанан пояснює, як працює пам'ять комп'ютера.

Урок Канатват Сенанан, анімація TED-Ed.

Багатьма способами
наша пам'ять робить нас тими, ким ми є,

допомагаючи пам'ятати минуле,

навчатись та здобувати навички,

планувати майбутнє.

І для комп'ютера, який часто діє
як розширена версія нас самих

пам'ять грає таку саму роль.

Чи це двогодинне кіно,

чи файл із двох слів,

чи інструкції для відкриття файлу,

все в пам'яті комп'ютера приймає форму
базових одиниць під назвою біти,

чи двійкові числа.

Кожне з них зберігається в клітині пам'яті,

яка перемикається між двома станами,
двома можливими даними,

0 та 1.

Файли та програми складаються
із мільйонів цих біт,

які обробляються
в центральному процесорі,

чи ЦП,

який функціонує як мозок комп'ютера.

І коли число бітів, які потребують обробки,
зростає в геометричній прогресії,

комп'ютерні розробники стикаються
з постійною проблемою

між розміром, коштом та швидкістю.

Як і у нас, у комп'ютерів є короткострокова
пам'ять для негайних завдань

та довгострокова пам'ять
для постійного зберігання.

Коли ви вмикаєте програму,

ваша операційна система призначає
місце у короткостроковій пам'яті

для виконання цих інструкцій.

Наприклад, коли ви натискаєте кавішу
у текстовому процесорі,

ЦП дає доступ до цих місць,
щоб повернути біти даних.

Він також може змінити їх
або створити нові.

Потрібний на це час
зветься латентністю пам'яті.

Оскільки інструкції програми мають
оброблятись швидко та постійно,

всі локації у межах короткострокової
пам'яті можуть бути доступні будь-коли,

тому команда довільно
отримує доступ до пам'яті.

Найбільш відомий тип ОЗП -
це динамічна ОЗП чи ДПЗП.

Тому кожна клітина пам'яті має
тонкий транзистор чи конденсатор,

який зберігає електричні заряди,

0 - коли немає заряду,
чи 1 - коли заряджений.

Така пам'ять зветься динамічною,

тому що швидко утримує заряди
перед тим, як вони зникнуть,

вимагаючи періодичної перезарядки
для збереження даних.

Та навіть його низька латентність
100 наносекунд

занадто довга для сучасник ЦП,

тому існує щемаленький
високошвидкісний внутрішній кеш,

зроблений зі статичної ОЗП.

Він зазвичай зроблений із шести
централізованих транзисторів,

які не потрібно оновлювати.

СОЗП - це найшвидша пам'ять
у комп'ютерній системі,

а також найдорожча,

і займає втричі більше простору,
ніж ДПЗП.

Та ОЗП і кеш можуть тримати дані,
настільки у них є на те потужності.

Щоб дані залишались,
коли пристрій вимкнено,

вони мусять бути передані
до довгострокового сховища,

яке розділене на три головні типи.

У магнітному накопичувачі,
котрий є найдешевшим,

дані зберігаються як магнітна схема
на диску, покритому магнітною плівкою.

Але оскільки диск мусить обертатись
до місця, де розташовані дані,

щоб їх змогли прочитати,

латентність таких приводів в 100 000
раз повільніша, ніж ДПЗП.

З іншого боку, оптичні сховища
як DVD чи Blu-ray

також використовують диски,
які крутяться,

але з відбиваючою поверхнею.

Біти кодуються в темні та чорні точки,
використовуючи фарбу, яку зчитує лазер.

Хоч оптичні носії для зберігання
є дешевими та змінними,

та у них ще повільніша латентність,
ніж у магнітному накопичувачі

і нижча потужність.

Найновіші та найшвидші довгострокові
сховища - це твердотілі диски,

наприклад, флешки.

У них немає рухомих частин,

натомість є транзистори
з плаваючим затвором,

які зберігають біти, захоплюючи
чи видаляючи електричні заряди

у межах спеціально сконструйованих
внутрішніх структур.

Наскільки надійними
є ці мільярди бітів?

Ми звикли думати, що пам'ять комп'ютера
стабільна та постійна,

але вона може дуже швидко погіршуватись.

Тепло, яке йде від пристрою,
та його середовище

розмагнічують жорсткий диск,

пошкоджують фарбу в оптичному
накопичувачі

та спричиняють витік заряду
із плаваючих затворів.

Твердотілі диски
мають ще один недолік.

Постійне записування на транзистори
плаваючих затворів роз'їдає їх

і робить непридатними до використання.

Із даними на найсучасніших накопичувачах

із тривалістю роботи менше 10 років,

науковці працюють над розширенням
фізичних властивостей матеріалів

аж до квантового рівня

в надії зробити пристрої пам'яті швидшими,

меншими

та витривалішими.

Безсмертя залишається поза досяжністю
як для комп'ютерів, так і для людей.