Будь то семейный фотоальбом, компьютерная программа или критически важные для бизнеса системы компании из списка Fortune 500, хранение данных просто необходимо почти каждому. Компьютерная память приняла множество форм, прежде чем превратилась в текущее состояние, давайте посмотрим, как все начиналось.
Магнитные ленты были первыми. Фриц Пфлеумер, немецкий инженер, запатентовал магнитную ленту в 1928 году и использовал ее для записи звуков. Четыре года спустя австрийский изобретатель Г. Таушек изобрел Магнитный барабан и основал свое изобретение на открытии, приписываемом Фрицу Пфлеймеру.
Барабанная память содержала большой металлический цилиндр, покрытый снаружи ферромагнитным записывающим материалом, очень похожим на современные приводы на магнитных дисках, но в форме барабана, а не плоского диска. Один или несколько рядов фиксирующих головок чтения / записи располагались вдоль оси барабана. Контроллер ударных просто выбирал подходящую пластину и ждал, пока под ней появятся данные, пока барабан вращается. Некоторые конструкции, такие как барабан English Electric DEUCE, имели несколько головок, перемещающихся на небольшом расстоянии по барабану.
Первоначальная память барабана Таушека имела емкость около 500 000 бит (62,5 килобайта), а производительность барабана с одной головкой на дорожку почти полностью определяется задержкой вращения. Программисты часто размещали код на барабане таким образом, чтобы сократить время, необходимое для того, чтобы следующая инструкция переместилась на место под головой. Они сделали это, рассчитав, сколько времени потребуется после загрузки инструкции, чтобы компьютер был готов прочитать следующую, а затем поместили эту инструкцию на барабан, чтобы она попала под голову как раз вовремя.
Барабанная память получила широкое распространение в 1950-х и 1960-х годах как компьютерная память. Для многих ранних компьютеров барабанная память составляла основную рабочую память и была настолько распространена, что эти компьютеры часто назывались драм-машинами.
После этого появились знаменитые вакуумные трубки. Профессор Фредрик К. Уильямс и его коллеги разработали первую компьютерную память с произвольным доступом в 1946 году в Манчестерском университете, Великобритания. В электронных лампах данные хранились в электронном виде в виде набора точек, состоящих из зарядов и использовавших электронные лучи для чтения / записи данных, а поскольку электронный луч практически не инерционен, доступ к памяти был случайным. каждая трубка Вильямса обычно может хранить около 1024–2560 бит данных.
Несколько лет спустя, на основе радиолокационных исследований во время Второй мировой войны, в качестве системы для уменьшения помех от отражений от земли и других «неподвижных» объектов была разработана Память линий задержки.
Биты отправлялись в виде последовательности звуковых импульсов на передний конец трубки, а затем улавливались кварцевым микрофоном на другом конце, усиливались и повторно передавались обратно на передний конец. Следовательно, биты циркулировали по трубке бесконечно долго, и их можно было считывать или изменять только при выходе из трубки. Когда ртуть используется в качестве среды для волн, она сводит к минимуму потери энергии и эхо, поскольку акустический импеданс ртути почти такой же, как у пьезоэлектрических кристаллов кварца. (и утечка памяти имела гораздо более серьезное значение 😝)
Память линии задержки имеет последовательный доступ и хранит информацию акустически. Их пропускная способность зависит от времени, необходимого для прохождения данных через линию задержки. Ранние системы памяти с линиями задержки имели емкость в несколько тысяч бит, а время рециркуляции измерялось в микросекундах.
Память с магнитным сердечником была разработана в 1950-х годах и была преобладающей формой компьютерной памяти с произвольным доступом в течение 20 лет, примерно с 1955 по 1975 год. В основной памяти используются крошечные магнитные тороиды (кольца), ядра, через которые проходят провода для записи и чтения информации. Сердечники могут быть намагничены двумя разными способами (по часовой стрелке или против часовой стрелки) и представляют собой один бит данных (значение которого зависит от направления намагничивания. Да!)
Ядро-память является энергонезависимой, то есть ее содержимое сохраняется даже при выключении системы памяти. Самая распространенная форма оперативной памяти - это большое количество ядер, расположенных в сетке и уложенных слоями. Слово будет храниться по частям в нескольких слоях, позволяющих выполнять параллельные манипуляции.
Сердечник основан на свойствах квадратной петли ферритового материала, из которого изготовлены тороиды. Только магнитное поле, превышающее определенную напряженность, может вызвать изменение магнитной полярности сердечника. Чтобы выбрать ячейку памяти, одна из линий X и одна из Y управляются с половинной интенсивностью. Выбирается ядро, в котором интенсивность является логическим И для X и Y. Остальные ядра будут видеть только половину необходимого поля или вообще не будут видеть его.
Чтобы прочитать бит из основной памяти, схема пытается перевернуть бит на полярность, назначенную для состояния 0, управляя выбранными линиями X и Y, которые пересекаются в этом ядре. Если бит был ранее равен 1, то сердечник меняет магнитную полярность. Это изменение вызывает импульс напряжения в линии Sense и обнаруживается. Чтобы записать 1, схема просто направляет ток в направлении, противоположном направлению чтения.
Вскоре после этого, в 1996 году, были изготовлены жесткие диски. Они используют один или несколько жестких быстро вращающихся дисков (пластин), покрытых магнитным материалом, для хранения и извлечения данных. Каждая пластина имеет плечо чтения / записи, которое может осуществлять произвольный доступ к данным. На каждом диске есть данные, записанные магнитным способом в дорожки.
Даже сегодня жесткие диски остаются самым популярным вариантом вторичного хранилища. Жесткие диски эволюционировали для поддержки очень высокой плотности данных, что привело к очень тесным и компактным дорожкам. Небольшой размер магнитных областей создает опасность того, что их магнитное состояние может быть потеряно из-за тепловых эффектов, термически индуцированной магнитной нестабильности, которая широко известна как суперпарамагнитный предел. Чтобы противостоять этому, пластины покрыты двумя параллельными магнитными слоями, разделенными 3-атомным слоем немагнитного элемента рутения, и эти два слоя намагничены в противоположной ориентации, таким образом усиливая друг друга.
Спустя семь лет, в 1963 году, Philips представила компактную аудиокассету. Первоначально Philips планировал использовать аудиокассету для диктофонов; однако это стало популярным методом распространения заранее записанной музыки.
Динамическая память с произвольным доступом (DRAM) была разработана Робертом Х. Деннардом в 1966 году и использовала либо конденсаторы, либо транзисторы для хранения данных.
Они читают / записывают данные, манипулируя конденсаторами / транзисторами, используя линии выбора / чтения, и обеспечивают произвольный доступ к данным.
В 1968 году Bell Labs разработала Twistor Memory, намотав магнитную ленту на провод, проводящий электрический ток. В функциональном отношении твистор был очень похож на базовую память и также мог использоваться для создания памяти ROM (включая перепрограммируемые варианты). Твистор использовался недолго в конце 1960-х - начале 1970-х годов, когда устройства с полупроводниковой памятью заменили почти все более ранние системы памяти.
Черпая вдохновение в основных идеях твистора, Эндрю Бобек изобрел Bubble Memory в 1970 году. Bubble Memory является энергонезависимым и использует тонкую пленку магнитного материала для удержания небольших намагниченных областей, известных как пузыри или домены, в каждом из которых хранится один бит данных. Материал расположен в виде серии параллельных дорожек, по которым пузыри могут перемещаться под действием внешнего магнитного поля.
Пузырьки считываются путем перемещения их к краю материала, где они могут быть считаны обычным магнитным датчиком, а затем перезаписываются на дальнем крае, чтобы память циклически перемещалась по материалу.
Пузырьковая память зародилась как многообещающая технология, предлагая плотность памяти того же порядка, что и у жестких дисков, но производительность более сопоставима с основной памятью, однако введение значительно более быстрой полупроводниковой памяти вытолкнуло пузырь на медленный конец шкалы и столь же драматические улучшения по объему жесткого диска сделал его неконкурентоспособным в ценовом отношении.
IBM начала разработку недорогой системы, предназначенной для загрузки микрокода в мэйнфреймы System / 370. В результате появилась 8-дюймовая дискета. Флоппи-диск, портативное запоминающее устройство, сделанное из магнитной пленки в пластиковом корпусе, упростило и ускорило хранение данных. Позже появились 5,25-дюймовые и 3,5-дюймовые гибкие диски, которые были компактнее и быстрее 8-дюймовых дисков.
В 1960-х Джеймс Т. Рассел подумал об использовании света для записи и воспроизведения музыки. В результате он изобрел оптическое цифровое телевидение для записи и воспроизведения в 1970 году; однако никто не воспринял его изобретение. В 1975 году представители Philips посетили Рассела в его лаборатории. Они заплатили Расселу миллионы за разработку компакт-диска (CD). В 1980 году Рассел завершил проект и представил его Sony.
В период с 1980 по 2000 год было сделано несколько второстепенных изобретений, но большинство из них остались незамеченными, однако они сыграли важную роль в развитии современных систем памяти.
Мультимедийная карта (MMC) использует стандарт флэш-памяти для хранения цифровых данных и был представлен Siemen’s и SanDisk в 1997 году.
Флэш-накопитель USB, SD-карта и DVD были представлены в начале 2000-х годов.
Диски Blu Ray были представлены в 2003 году как преемники компакт-дисков. Blu-Ray получил свое название от синего лазера, который позволяет хранить больше данных, чем стандартный DVD. Его конкурент - HD-DVD.
Твердотельные накопители (SSD) недавно были представлены в качестве запоминающих устройств и хранят данные с помощью флэш-памяти на основе NAND. Они предлагают более высокую скорость чтения / записи по сравнению с традиционными жесткими дисками с магнитным вращающимся диском. Они считаются более надежными и прочными, поскольку у них нет движущихся механических компонентов (меньший износ), они обычно более устойчивы к физическим ударам, работают бесшумно, имеют меньшее время доступа и меньшую задержку.
Системы памяти со временем усложняются и используют несколько методов для защиты целостности данных и продления срока их службы. Но я не буду углубляться в их рабочие и сложные реализации, чтобы защитить невиновных.
ваше здоровье!
Аравинд Редди В.
Другие статьи, которые помогли мне написать это:
Ссылки на вики:
