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.
Dalam banyak hal, ingatan kita membentuk diri kita, membantu kita mengingat masa lalu, belajar dan mempertahankan keahlian, dan merencanakan masa mendatang. Dan pada komputer yang sering menjadi perpanjangan tangan kita, memori memegang peran yang hampir sama, baik film berdurasi dua jam, berkas teks berisi dua kata, ataupun instruksi untuk membuka salah satunya, segala hal pada memori komputer terbentuk dari unit dasar yang disebut bits, atau angka biner. Setiap memori ini disimpan pada sel memori yang dapat diubah bergantian antara dua keadaan yang memungkinkan, 0 dan 1. File dan program terdiri atas jutaan bit, semua diolah di Unit Pengolahan Utama, atau CPU, yang bekerja sebagai otak komputer. Dan sejalan dengan kebutuhan jumlah bits yang perlu diolah melonjak drastis, perancang komputer menghadapi perjuangan terus-menerus untuk memilih antara ukuran, harga, dan kecepatan. Seperti kita, komputer memiliki memori jangka pendek untuk tugas segera, dan memori jangka panjang untuk penyimpanan yang lebih permanen. Ketika kamu menjalankan program, sistem operasimu mengalokasikan area dalam memori jangka pendek untuk melakukan instruksi tersebut. Contohnya, ketika kamu menekan tombol pada pengolah kata, CPU akan mengakses salah satu dari lokasi tersebut untuk mengambil bit data. Itu juga bisa memodifikasinya, atau membuat yang baru. Waktu yang dibutuhkan disebut sebagai latensi memori. Dan karena instruksi program harus diproses secara cepat dan terus menerus, semua lokasi dalam memori jangka pendek dapat diakses dalam urutan apapun, maka dinamai memori akses acak atau RAM. Jenis RAM yang paling umum adalah RAM dinamis, atau DRAM. Di sana, setiap sel memori terdiri dari dari transistor kecil dan kapasitor yang menyimpan muatan listrik, 0 saat tidak ada daya, atau 1 saat terisi daya. Memori seperti itu disebut dinamis karena hanya menahan muatan sebentar sebelum muatan itu bocor, membutuhkan pengisian ulang berkala untuk menyimpan data. Tetapi latensinya yang rendah 100 nanodetik bahkan terlalu lama untuk CPU modern, sehingga ada juga cache memori internal kecil berkecepatan tinggi yang terbuat dari RAM statis. Biasanya, itu terdiri dari enam transistor yang saling bertautan yang tidak perlu disegarkan. SRAM adalah memori tercepat dalam sistem komputer, tetapi juga menjadi yang termahal, dan menggunakan tiga kali lebih banyak ruang daripada DRAM. Tetapi RAM dan cache hanya bisa menampung data selama mereka terisi daya. Agar data tetap ada setelah perangkat dimatikan, data harus ditransfer ke dalam perangkat penyimpanan jangka panjang, yang terdiri dari tiga jenis utama. Pada penyimpanan magnetik, yang menjadi termurah, data tersimpan sebagai pola magnetik pada piringan berputar terlapis film magnetik. Namun, karena piringan harus berputar ke tempat data berada agar bisa terbaca, latensi untuk drive tersebut 100.000 kali lebih lambat dari DRAM. Di sisi lain, penyimpanan berbasis optik seperti DVD dan Blu-ray juga menggunakan piringan berputar, namun dengan lapisan reflektif. Bits dikodekan sebagai bintik terang-gelap dengan pewarna yang dapat terbaca laser. Sementara media penyimpanan optik murah dan dapat dilepas, media itu memiliki latensi yang lebih lambat dari penyimpanan magnetik dan kapasitas yang juga lebih rendah. Solid-state drive adalah jenis terbaru dan tercepat untuk penyimpanan jangka panjang, seperti flashdisk. Ini tidak memiliki bagian yang bergerak, hanya menggunakan transistor floating gate yang menyimpan bits dengan menjebak atau menghilangkan muatan listrik dalam struktur internal yang dirancang khusus. Jadi, seberapa andal miliaran bits ini? Kita cenderung menganggap memori komputer stabil dan permanen, tapi sebenarnya menurun cukup cepat. Panas yang dihasilkan dari perangkat dan lingkungannya pada akhirnya akan mendemagnetisasi hard drive, menurunkan pewarna dalam media optik, dan menyebabkan kebocoran muatan pada floating gate. Solid-state drive juga memiliki kelemahan tambahan. Berulang kali menulis data ke transistor floating gate akan menimbulkan korosi, yang akhirnya membuatnya tidak berguna lagi. Karena data di media penyimpanan terkini memiliki harapan hidup kurang dari sepuluh tahun, ilmuwan bekerja untuk memanfaatkan sifat fisik material sampai ke tingkat kuantum untuk membuat perangkat memori lebih cepat, lebih kecil, dan lebih tahan lama. Saat ini, keabadian masih di luar jangkauan, baik manusia maupun komputer.