In many ways, our memories make us who we are, helping us remember our past, learn and retain skills, and plan for the future. And for the computers that often act as extensions of ourselves, memory plays much the same role, whether it's a two-hour movie, a two-word text file, or the instructions for opening either, everything in a computer's memory takes the form of basic units called bits, or binary digits. Each of these is stored in a memory cell that can switch between two states for two possible values, 0 and 1. Files and programs consist of millions of these bits, all processed in the central processing unit, or CPU, that acts as the computer's brain. And as the number of bits needing to be processed grows exponentially, computer designers face a constant struggle between size, cost, and speed. Like us, computers have short-term memory for immediate tasks, and long-term memory for more permanent storage. When you run a program, your operating system allocates area within the short-term memory for performing those instructions. For example, when you press a key in a word processor, the CPU will access one of these locations to retrieve bits of data. It could also modify them, or create new ones. The time this takes is known as the memory's latency. And because program instructions must be processed quickly and continuously, all locations within the short-term memory can be accessed in any order, hence the name random access memory. The most common type of RAM is dynamic RAM, or DRAM. There, each memory cell consists of a tiny transistor and a capacitor that store electrical charges, a 0 when there's no charge, or a 1 when charged. Such memory is called dynamic because it only holds charges briefly before they leak away, requiring periodic recharging to retain data. But even its low latency of 100 nanoseconds is too long for modern CPUs, so there's also a small, high-speed internal memory cache made from static RAM. That's usually made up of six interlocked transistors which don't need refreshing. SRAM is the fastest memory in a computer system, but also the most expensive, and takes up three times more space than DRAM. But RAM and cache can only hold data as long as they're powered. For data to remain once the device is turned off, it must be transferred into a long-term storage device, which comes in three major types. In magnetic storage, which is the cheapest, data is stored as a magnetic pattern on a spinning disc coated with magnetic film. But because the disc must rotate to where the data is located in order to be read, the latency for such drives is 100,000 times slower than that of DRAM. On the other hand, optical-based storage like DVD and Blu-ray also uses spinning discs, but with a reflective coating. Bits are encoded as light and dark spots using a dye that can be read by a laser. While optical storage media are cheap and removable, they have even slower latencies than magnetic storage and lower capacity as well. Finally, the newest and fastest types of long-term storage are solid-state drives, like flash sticks. These have no moving parts, instead using floating gate transistors that store bits by trapping or removing electrical charges within their specially designed internal structures. So how reliable are these billions of bits? We tend to think of computer memory as stable and permanent, but it actually degrades fairly quickly. The heat generated from a device and its environment will eventually demagnetize hard drives, degrade the dye in optical media, and cause charge leakage in floating gates. Solid-state drives also have an additional weakness. Repeatedly writing to floating gate transistors corrodes them, eventually rendering them useless. With data on most current storage media having less than a ten-year life expectancy, scientists are working to exploit the physical properties of materials down to the quantum level in the hopes of making memory devices faster, smaller, and more durable. For now, immortality remains out of reach, for humans and computers alike.
Sok tekintetben a memóriánktól vagyunk olyanok, amilyenek vagyunk. Segít emlékezni, tanulni, megőrizni szakértelmünket és tervezni a jövőt. A számítógépben, amely gyakran olyan, mintha önmagunk kiterjesztése lenne, a memória ugyanezt a célt szolgálja, legyen az kétórás mozi, kétszavas szövegfájl, vagy az utasítások, amelyekkel elérhetjük ezek bármelyikét. A számítógép memóriájában minden a bitnek nevezett alapegység formáját ölti. A bit a BInary digiT rövidítése. Ezeket memóriacellákban tárolják, amelyeknek két állapotuk, két értékük lehet: a 0 és az 1. A fájlok és programok milliónyi ilyen bitből állnak, amelyeket a központi feldolgozó egység, a CPU, a processzor dolgoz föl. A számítógépnek ez az agya. Mivel a földolgozandó bitek száma exponenciálisan nő, a géptervezők állandóan a mérettel, költséggel és a sebességgel küzdenek. Akárcsak nekünk, a gépeknek is van rövidtávú memóriájuk azonnali feladatokra, és hosszútávú memóriájuk a tartósabb tárolásra. Amikor programot futtatunk, az operációs rendszer helyet allokál a rövidtávú memóriában az utasítások végrehajtásához. Pl. ha lenyomunk egy billentyűt a szövegszerkesztőben, a processzor odanyúl az egyik ilyen helyhez, hogy kiolvassa az adatbiteket. Módosíthatja is őket, vagy újakat képezhet. Az ehhez szükséges idő a memóriakésleltetés Mivel a programutasításokat gyorsan és folyamatosan kell feldolgozni, a rövidtávú memóriában minden helyhez tetszőleges sorrendben el lehet jutni. így a neve: véletlen elérésű memória, RAM. A RAM leggyakoribb fajtája a dinamikus RAM, a DRAM. Itt minden memóriacella egy pici tranzisztorból és kondenzátorból áll, ez tárolja az elektromos töltést: 0 értékű, ha nincs töltése, vagy 1 értékű, ha töltött állapotú. Dinamikusnak azért nevezik, mert csak rövid ideig tárolja a töltést, amely aztán elszivárog, az adatok megtartásához folyton tölteni kell. De még a 100 nanoszekundum rövidségű késleltetési idő is túl hosszú a modern CPU-nak, ezért létezik egy kicsi, nagy sebességű átmeneti gyorstároló, a cache, ami statikus RAM-ból készül. Általában 6 összekapcsolt tranzisztorból készül. amelyeket nem kell frissíteni. A SRAM a leggyorsabb memória, de egyben a legdrágább, és háromszor akkora hely kell neki, mint a DRAM-nak. A RAM és a gyorstároló csak addig tárol, amíg feszültség alatt van. Hogy az adatok kikapcsolás után is megmaradjanak, át kell őket tölteni a tartós tárolóba. Három fajtája létezik. A mágnestároló a legolcsóbb, Benne az adatot mágneses minták alakjában, mágneses bevonatú forgó diszken tárolják. Mivel a lemeznek az adattárolás helyére kell fordulnia a kiolvasáshoz, a késleltetésük 100 000-szer hosszabb, mint a DRAM-oké. Vannak az optikai tárolók is, mint pl. a DVD és a Blu-ray, ezek szintén forgó lemezeket használnak, ezek fényvisszaverő anyaggal vannak bevonva. A biteket lézerrel olvasható festékkel világos-sötét foltokba kódolják. Az optikai tárolók olcsók és kivehetők, de még hosszabb késleltetésűek, mint a mágneses tárolók, és a kapacitásuk is kisebb. A tartós tárolók legújabb és leggyorsabb fajtája a szilárdtest-meghajtó [SSD], pl. az USB-flash-tároló. Nincsenek mozgó részei, lebegőkapus [FGMOS] tranzisztorok vannak benne. Ezek úgy tárolják a biteket, hogy elfogják vagy elengedik a töltéseket a különlegesen kialakított belsejükben. Mennyire megbízható ez a milliárdnyi bit? Hajlamosak vagyunk föltételezni, hogy a gépek memóriája stabil és állandó, ám elég rohamosan leromlik. A gép melegedése és a környezetből származó hő elrontja a merevlemez mágnesezettségét, tönkreteszi az optikai lemezek festékét, és az FGMOS-ban töltésvesztést okoz. A szilárdtest-meghajtóknak [SSD] is megvan a gyenge oldaluk. A gyakori írás hatására az FGMOS tranzisztorok korrodálódnak, végül tönkremennek. Minthogy a legtöbb jelenlegi tárolóeszköz várható élettartama kevesebb mint 10 év, a kutatók igyekeznek minél jobban kiaknázni az anyagok tulajdonságait, egészen kvantumszintig, azt remélve, hogy a tárolóeszközök gyorsabbak, kisebbek és tartósabbak lesznek. Mind az emberek, mind a számítógépek halhatatlansága egyelőre elérhetetlen.