Az ókorban - csaknem 80 évvel ezelőtt, a számítástechnika hajnalán - a számítástechnikai eszközök memóriáját általában három típusra osztották. Elsődleges, másodlagos és külső. Most senki sem használja ezt a terminológiát, bár maga a besorolás a mai napig létezik. Most csak az elsődleges memóriát nevezik működőképes, másodlagos - belső merevlemez-meghajtónak, a külső memóriát pedig mindenféle optikai és flash-meghajtónak álcázta.
Mielőtt elkezdenénk egy utat a múltba, értsük meg a fenti osztályozást és megértjük, mi az egyes memória típusok. A számítógép bitek sorozatának formájában képviseli az információkat - bináris számjegyek, amelyek értéke 1 vagy 0. Az általánosan elfogadott információegység egy bájt, általában 8 bitből áll. A számítógép által használt összes adat bizonyos számú bájtot foglal el. Például egy tipikus zenefájl 40 millió bit - 5 millió bájt (vagy 4,8 megabájt). A központi processzor nem működhet elemi memóriaeszköz nélkül, mivel minden munkája a memóriába történő fogadásra, feldolgozásra és visszaírásra korlátozódik. Ez az oka annak, hogy a legendás John von Neumann (a nevét már többször megemlítettük a nagygépekről szóló cikksorozatban) egy önálló szerkezettel a számítógép belsejében,ahol minden szükséges adatot tárolnak.
A belső memória osztályozása a médiumot a sebesség (és az energia) elv szerint is felosztja. A gyors elsődleges (véletlen hozzáférésű) memóriát manapság olyan kritikus információk tárolására használják, amelyekhez a CPU leggyakrabban hozzáfér. Ez az operációs rendszermag, a futó programok futtatható fájljai, a számítások közbenső eredményei. A hozzáférési idő minimális, csak néhány nanosekundum.
Az elsődleges memória a processzor belsejében található vezérlővel (a legújabb CPU modellekben), vagy külön alaplapként az alaplapon (északi híd) kommunikál. A RAM ára viszonylag magas, ráadásul ingatag: kikapcsolták a számítógépet, vagy véletlenül kihúzták a tápkábelt a konnektorból - és minden információ elveszett. Ezért az összes fájlt másodlagos memóriában tárolja - a merevlemez tányérokon. Az itt megadott információkat áramszünet után nem törlik, és a megabájt ára nagyon alacsony. A merevlemez-meghajtók egyetlen hátránya az alacsony reakciósebesség, amelyet már milliszekundumban mérnek.
Egyébként érdekes tény. A számítógépek fejlődésének hajnalán az elsődleges memóriát nem választották el a másodlagos memóriától. A fő feldolgozó egység nagyon lassú volt, és a memória nem adott szűk keresztmetszetet. Az online és a folyamatos adatokat ugyanabban az összetevőben tárolták. Később, amikor a számítógépek sebessége megnőtt, új típusú adathordozók jelentek meg.
Vissza a múltba
Az első számítógépek egyik fő eleme az elektromágneses kapcsolók voltak, amelyeket a híres amerikai tudós, Joseph Henry fejlesztett ki 1835-ben, amikor még senki sem álmodott semmilyen számítógépről. Az egyszerű mechanizmus huzalba csomagolt fémmagból, mozgatható vas szerelvényekből és néhány érintkezőből állt. Henry fejlődése képezte Samuel Morse és Charles Whitstone elektromos távírójának alapját.
Promóciós videó:
Az első kapcsolókon alapuló számítógép 1939-ben jelent meg Németországban. Konrad Süs mérnök felhasználta őket a Z2 eszköz rendszerlogikájának létrehozására. Sajnos az autó nem élt sokáig, tervei és fényképei elvesztek a második világháború bombázása során. A következő Sius számítógépet (Z3 néven) 1941-ben adták ki. Ez volt az első számítógép, amelyet a program irányított. A gép fő funkciói 2000 kapcsolóval valósultak meg. Konrad át akarta helyezni a rendszert a modern elemekre, de a kormány lezárta a finanszírozást, hisz abban, hogy Sius ötleteinek nincs jövője. Az elődéhez hasonlóan a Z3-ot megsemmisítették a szövetséges bombázások során.
Az elektromágneses kapcsolók nagyon lassan működtek, de a technológia fejlődése nem állt helyben. A korai számítógépes rendszerek második típusú memóriája a késleltetési vonalak volt. Az információt olyan elektromos impulzusok hordozták, amelyeket mechanikai hullámokká alakítottak át, és alacsony sebességgel higanyon, piezoelektromos kristályon vagy mágneses rezisztens tekercsen keresztül mozogtak. Van egy hullám - 1, nincs hullám - 0. Egységekben százok és több ezer impulzusok tudnak áthaladni a vezető anyagon. Útjának végén az egyes hullámok visszakerülnek egy elektromos impulzusba, és az elejére továbbítják - ez a legegyszerűbb frissítési művelet az Ön számára.
A késleltetési vonalot John Presper Eckert amerikai mérnök fejlesztette ki. Az 1946-ban bevezetett EDVAC számítógép két memóriablokkot tartalmaz 64 higanyon alapuló késleltetési vonallal (a modern szabványok szerint 5,5 KB). Abban az időben ez több volt, mint a munka. A szekunder memória szintén jelen volt az EDVAC-ban - a számítás eredményeit mágnesszalagon rögzítettük. Egy másik rendszer, az UNIVAC 1, amelyet 1951-ben adtak ki, 100 késleltetési vonalakon alapuló blokkot használt, és sok fizikai elemmel bonyolult felépítésű volt az adatok tárolására.
A késleltetett vonal memóriája inkább egy űrhajó hipertér motorjához hasonlít. Nehéz elképzelni, de egy ilyen koloszus csak néhány bit adatot képes tárolni!
Bobek gyermekei
Két meglehetősen jelentős találmány az adathordozók területén maradt kutatásunk mögött. Mindkettőt Andrew Bobek, a tehetséges Bell Labs alkalmazott készítette. Az első fejlesztés, az úgynevezett twistor memória kiváló alternatíva lehet a mágneses magmemória számára. Az utóbbi nagyrészt megismételte, ám az adattároláshoz használt ferrit gyűrűk helyett mágnesszalagot használt. A technológiának két fontos előnye volt. Először: a twistor memória egyszerre több twistorról tud információt írni és olvasni. Ráadásul könnyű volt beállítani az automatikus gyártást. A Bell Labs azt remélte, hogy ez jelentősen csökkenti a twistor memória árát, és ígéretes piacot foglal el.
A fejlesztést az amerikai légierő támogatta, és az emlékezetnek a Nike Sentinel rakéták fontos funkcionális cellájává kellett válnia. Sajnos a csavarokkal végzett munka sokáig tart, és a tranzisztorokon alapuló memória került előtérbe. A piac elfogására nem került sor.
"Az első alkalom a szerencsétlen, a második pedig szerencsés" - gondolta Bell Labs. A 70-es évek elején Andrew Bobek bevezette az illékony buborékmemóriát. Egy vékony mágneses fólián alapszik, amely kis mágnesezett területeket (buborékokat) tartott, amelyek bináris értékeket tároltak. Néhány idő múlva megjelent az első, 4096 bit kapacitással rendelkező kompakt cella - egy négyzetcentiméter méretű készülék teljes mágneses maggal ellátott csík kapacitása volt.
Sok vállalat érdeklődött a találmány iránt, és a 70-es évek közepén minden jelentős piaci szereplő vállalta a buborék-memória fejlesztését. A nem illékony szerkezet a buborékok ideális helyettesítővé tette mind az elsődleges, mind a másodlagos memóriát. De a Bell Labs tervei még itt sem valósultak meg - az olcsó merevlemezek és a tranzisztor memória blokkolta a buborék technológia oxigént.
A vákuum a mi mindenünk
A 40-es évek végére a számítógépek rendszerlogikája vákuumcsövekbe költözött (ezek szintén elektronikus csövek vagy hőionos tengelyek). Velük együtt a televízió, a hanglejátszó eszközök, az analóg és a digitális számítógépek új lendületet kaptak a fejlesztésnek.
A vákuumcsövek a mai napig fennmaradtak a technológiában. Különösen szeretik őket az audiofilek körében. Úgy gondolják, hogy a vákuumcsöveken alapuló erősítő áramkör a modern analógok hangminőségű kivágása.
A "vákuumcső" titokzatos kifejezés alatt a szerkezet meglehetősen egyszerű elem. Ez hasonlít egy közönséges izzólámpára. Az izzószálat levegő nélküli helyre zárták, és hevítéskor elektronokat bocsát ki, amelyek egy pozitív töltésű fémlemezre esnek. Elektromos áram keletkezik a lámpában feszültség alatt. A vákuumcső áthaladhat vagy blokkolhatja (1. és 0. fázis) a rajta áthaladó áramot, és a számítógépek elektronikus alkatrészeként működik. Működés közben a vákuumcsövek nagyon felforrósodnak, és azokat intenzíven kell lehűteni. De sokkal gyorsabbak, mint az antediluviai kapcsolók.
Az ezen a technológián alapuló elsődleges memória 1946-1947-ben jelent meg, amikor a feltalálók Freddie Williams és Tom Kilburn bemutatták a Williams-Kilburn csövet. Az adattárolási módszer nagyon ötletes volt. Bizonyos körülmények között fénypont jelenik meg a csőn, amely kissé megtölti az elfoglalt felületet. A pont körüli terület negatív töltést kapott ("energiakútnak" hívták). Új pontot helyezhet a „kútba”, vagy felügyelet nélkül hagyhatja - akkor az eredeti pont gyorsan eltűnik. Ezeket az átalakításokat a memóriavezérlő úgy értelmezte, mint az 1. és 0. bináris fázis. A technológia nagyon népszerű volt. A Williams-Kilburn csőmemóriát telepítették a Ferranti Mark 1, IAS, UNIVAC 1103, IBM 701, IBM 702 és a Standards Western Automatic Computer (SWAC) számítógépekbe.
Ezzel párhuzamosan az Amerikai Rádió Vállalat mérnökei, Vladimir Zvorykin tudós irányítása alatt, saját szelektronnak nevezett csövet fejlesztettek ki. A szerzők elképzelése szerint a szelektronnak 4096 bit információt kellett volna tartalmaznia, ami négyszer több, mint a Williams-Kilburn cső. Becslések szerint 1946 végére mintegy 200 szelektront gyártanak, de a termelés nagyon drága.
1948 tavaszáig az Amerikai Rádió Társaság nem adott ki egyetlen szelektront, de a koncepció kidolgozása folytatódott. A mérnökök átalakították a csövet, és már kapható egy kisebb, 256 bites verzió. A mini-szelektronok gyorsabbak és megbízhatóbbak voltak, mint a Williams-Kilburn csövek, de darabonként 500 dollárba kerültek. És ez a tömegtermelésben van! A szelektronoknak azonban sikerült bejutniuk a számítástechnikai gépbe - 1953-ban a RAND társaság kiadta a számítógépet vicces név alatt: JOHNNIAC (John von Neumann tiszteletére). Csökkent 256 bites szelektronokat telepítettek a rendszerbe, és a teljes memória 32 bájt volt.
A vákuumcsövek mellett néhány akkori számítógép használt dobmemóriát, amelyet Gustav Tauscek 1939-ben talált ki. Az egyszerű kialakításban egy nagy fém henger szerepelt, amelyet ferromágneses ötvözettel bevontak. A leolvasó fejek, a modern merevlemezekkel ellentétben, nem mozdultak a henger felületén. A memóriavezérlő várta, hogy az információ önmagában továbbadjon a fejek alatt. Dobmemóriát használtunk az Atanasov-Berry számítógépben és néhány más rendszerben. Sajnos teljesítménye nagyon alacsony volt.
A Selektronnak nem az volt a célja, hogy meghódítsa a számítógépes piacot. a szép megjelenésű elektronikus alkatrészek továbbra is port gyűjtöttek a történelem szemetesében. És ezt a kiemelkedő műszaki jellemzők ellenére.
Modern tendenciák
Jelenleg az elsődleges memória piacát a DDR szabvány szabályozza. Pontosabban, második generációja. A DDR3-ra való áttérés hamarosan megtörténik - várni kell az új szabványt támogató olcsó lapkakészletek megjelenését. A széles körű szabványosítás miatt a memóriaszegmens túlságosan unalmas volt a leírására. A gyártók abbahagyták az új, egyedi termékek feltalálását. Minden munka a működési frekvencia növelésével és a kifinomult hűtőrendszer telepítésével jár.
A technológiai stagnálás és a félénk evolúciós lépések mindaddig folytatódnak, amíg a gyártók el nem érik a szilícium képességeinek határát (ebből készülnek az integrált áramkörök). Végül is a munka gyakoriságát nem lehet határozatlan időre növelni.
Van azonban itt egy fogás. A meglévő DDR2 chipek teljesítménye elegendő a legtöbb számítógépes alkalmazáshoz (az összetett tudományos programok nem számítanak). Az 1066 MHz-en vagy annál magasabb DDR3 modulok telepítése nem eredményezi a sebesség kézzelfogható növekedését.
Star Trek a jövőbe
A memória és a vákuumcsöveken alapuló összes többi elem fő hátránya a hőtermelés. A csöveket radiátorokkal, levegővel és még vízzel is ki kellett hűteni. Ezenkívül az állandó hevítés jelentősen csökkentette az üzemidőt - a csövek a legtermészetesebb módon romlanak le. Szolgálati életük végén állandóan hangolni kellett, és végül megváltoztak. El tudod képzelni, mennyi erőfeszítés és pénz kerül a számítógépes rendszerek kiszolgálására ?!
Furcsa textúra a fotón - ez egy mágneses magmemória. Itt látható a vezetékekkel és ferritgyűrűkkel ellátott egyik tömb vizuális felépítése. El tudod képzelni, mennyi időt kellett eltöltenie egy nem működő modul megtalálására közöttük?
Aztán eljött a szorosan elhelyezett ferrit gyűrűkkel kialakított tömbök ideje - egy An Wang és Wei-Dong Wu amerikai fizikusok találmánya, amelyet Jay Forrester irányítása alatt a Massachusetts Műszaki Egyetem (MIT) irányítása alatt módosítottak. Az összekötő vezetékek 45 fokos szögben végigfutottak a gyűrűk középpontjában (négy gyűrűnként korai rendszerekben, kettő a fejlettebb rendszerekben). Feszültség alatt a vezetékek mágnesezett ferritgyűrűkkel rendelkeznek, amelyek mindegyike egy bit adatot képes tárolni (mágnesezve - 1, mágnesezett - 0).
Jay Forrester kifejlesztett egy olyan rendszert, amelyben a több mag vezérlőjeleit csak néhány vezeték útján továbbították. 1951-ben kiadtak egy mágneses magon alapuló memóriát (a modern véletlen hozzáférésű memória közvetlen analógja). Később számos számítógépen elfoglalta a jogszerű helyét, ideértve a DEC és az IBM elsőszámú generációját is. Elődjeivel összehasonlítva az új típusú memóriának gyakorlatilag nem voltak hátrányai. Megbízhatósága elegendő volt a katonai és akár űrhajók működéséhez. A Challenger shuttle összeomlása után, amely a legénység hét tagjának halálát eredményezte, a fedélzeti számítógép adatai, amelyeket a memóriában mágneses maggal rögzítettek, érintetlenek és érintetlenek maradtak.
A technológiát fokozatosan fejlesztették. A ferritgyöngyök mérete csökkent, a munka sebessége növekedett. Az első minták körülbelül 1 MHz frekvencián működtek, a hozzáférési idő 60 000 ns volt - a 70-es évek közepére 600 ns-re csökkent.
Drágám, csökkent a memória
A következő előrelépés a számítógépes memória fejlesztésekor az integrált áramkörök és tranzisztorok feltalálásakor történt. Az iparág az alkatrészek miniatürizálásának útjára lépett, miközben javította teljesítményüket. Az 1970-es évek elején a félvezető ipar mesterségesen integrált mikroáramkörök gyártását tanulta el - ma már több tízezer tranzisztor illeszkedik egy viszonylag kis területre. Megjelentek 1 kbit (1024 bit) kapacitású memória chipek, kis számológépek chipek és még az első mikroprocesszorok is. Valódi forradalom történt.
A memóriagyártók manapság inkább termékeik megjelenésével foglalkoznak - ugyanazokat a szabványokat és jellemzőket előre határozzák meg a bizottságok, mint a JEDEC.
Dr. Robert Dennard, az IBM, külön hozzájárult az elsődleges memória fejlesztéséhez. Fejlesztette ki az első chip-et egy tranzisztor és egy kis kondenzátor alapján. 1970-ben az Intel (csak két évvel korábban jelent meg) ösztönözte a piacot az 1Kb i1103 memória chip bevezetésével. Két évvel később ez a termék lett a világ legkeresettebb félvezető memória chipje.
Az első Apple Macintosh napjaiban a RAM blokk hatalmas sávot foglal el (a fenti képen), míg a hangerő nem haladta meg a 64 KB-ot.
Az erősen integrált mikroáramkörök gyorsan helyettesítették a régebbi típusú memóriákat. A fejlődés következő szintjére való áttéréssel a nagyméretű mainframe rendszerek helyet kaptak az asztali számítógépek számára. A fő memóriát akkoriban elválasztották a másodlagostól, különálló mikrochip formájában, 64, 128, 256, 512 Kbit, sőt 1 Mbit kapacitással.
Végül az elsődleges memória chipeket az alaplapokról külön csíkokra helyezték át, ami nagyban megkönnyítette a hibás alkatrészek telepítését és cseréjét. A frekvencia növekedni kezdett, a hozzáférési idő csökkent. Az első szinkron dinamikus SDRAM chipek 1993-ban jelentkeztek, amelyeket a Samsung vezetett be. Az új mikroáramkörök 100 MHz-en működtek, a hozzáférési idő 10 ns volt.
Ettől a pillanattól kezdve kezdődött az SDRAM győztes menete, és 2000-re az ilyen típusú memória elhagyta az összes versenytársat. A JEDEC (Közös Elektronikus Eszközmérnöki Tanács) bizottság vette át a RAM-ban szereplő szabványok meghatározását. A résztvevők minden gyártó számára egységes előírásokat dolgoztak ki, jóváhagyott frekvencia- és elektromos jellemzőket tartalmaznak.
A további fejlődés nem olyan érdekes. Az egyetlen jelentős eseményre 2000-ben került sor, amikor a DDR SDRAM szabványos RAM megjelent a piacon. Ez kétszer biztosítja a hagyományos SDRAM sávszélességét, és megteremtette a jövőbeli növekedés színpadát. A DDR-t 2004-ben követte a DDR2 szabvány, amely továbbra is a legnépszerűbb.
Szabadalmi troll
A modern IT-világban a Szabadalmi Troll kifejezés olyan cégekre utal, amelyek pénzt keresnek perekből. Motiválják ezt az a tény, hogy más vállalatok megsértették szerzői jogaikat. A Rambus memóriafejlesztő teljes mértékben ebbe a meghatározásba tartozik.
1990-es alapítása óta a Rambus technológiáját harmadik felek számára engedélyezi. Például vezérlői és memóriachipjei megtalálhatók a Nintendo 64-ben és a PlayStation 2-ben. A Rambus legszebb órája 1996-ban érkezett, amikor az Intel megállapodást kötött az Intel-szel, hogy RDRAM és RIMM bővítőhelyeket használjon termékeiben.
Eleinte minden a terv szerint ment. Az Intel fejlett technológiát kapott a rendelkezésére, és a Rambus elégedett volt az IT-ipar egyik legnagyobb szereplőjével folytatott partnerséggel. Sajnos az RDRAM modulok és az Intel lapkakészletek magas ára véget vet a platform népszerűségének. A vezető alaplapgyártók VIA lapkakészleteket és csatlakozókkal ellátott táblákat használtak a szokásos SDRAM-okhoz.
Rambus rájött, hogy ebben a szakaszban elvesztette a memóriapiacot, és hosszú játékát szabadalmakkal kezdte. Az első dolog, amivel találkozott, egy friss JEDEC fejlesztés volt - DDR SDRAM memória. Rambus megtámadta, azzal vádolva az alkotókat a szerzői jogok megsértésében. Egy ideig a társaság pénzbeli jogdíjat kapott, de a következő bírósági eljárás az Infineon, a Micron és a Hynix részvételével minden helyére került. A bíróság elismerte, hogy a DDR SDRAM és SDRAM területén a technológiai fejlesztések nem tartoznak a Rambushoz.
Azóta a Rambus vezető RAM-gyártókkal szembeni összes igénye meghaladta az elképzelhető korlátokat. És úgy tűnik, hogy ez az életmód nagyon jól illeszkedik a céghez.