Na wiele różnych sposobów pamięć sprawia, że jesteśmy, kim jesteśmy.
Dzięki niej mamy dostęp do przeszłości,
możemy uczyć się nowych rzeczy
i planować przyszłość.
W komputerach, które są często przedłużeniem nas samych,
pamięć pełni te same funkcje.
Zarówno dwugodzinny film,
jak krótki plik tekstowy
albo instrukcja otwarcia odtwarzacza czy edytora,
w pamięci komputera mają postać bitów, czyli podstawowych jednostek informacji
zwanych też cyframi dwójkowymi.
Bity są przechowywane w komórkach pamięci,
które mogą zmieniać stan i przyjmować jedną z dwóch wartości,
0 albo 1.
Pliki i programy składają się z milionów bitów
przetwarzanych w centralnej jednostce obliczeniowej,
czyli w procesorze,
który stanowi mózg komputera.
Ponieważ liczba przetwarzanych bitów rośnie wykładniczo,
konstruktorzy komputerów muszą ciągle wybierać,
co jest ważniejsze: rozmiar, cena czy szybkość.
Podobnie jak ludzie komputery mają pamięć krótkotrwałą do bieżących zadań
i pamięć długotrwałą do magazynowania danych.
Kiedy uruchamiamy program,
system operacyjny rezerwuje obszar w obrębie pamięci krótkotrwałej,
żeby wykonać zawarte tam instrukcje.
Na przykład kiedy naciskamy klawisz, żeby coś napisać w edytorze tekstu,
procesor zyskuje dostęp do bitów danych zapisanych w odpowiedniej lokalizacji.
Może też je zmodyfikować albo stworzyć nowe.
Czas potrzebny do wykonania każdej z tych operacji nazywamy latencją.
A ponieważ instrukcje zawarte w programie procesor wykonuje szybko i bez przerwy,
lokalizacje w pamięci krótkotrwałej odczytywane są w dowolnej kolejności.
Stąd nazwa RAM, czyli “random access memory”.
Najczęściej spotykanym typem pamięci RAM jest pamięć dynamiczna zwana też DRAM.
Każda komórka tej pamięci składa się z maleńkiego tranzystora i kondensatora,
który magazynuje ładunki elektryczne.
Stan 0 jest wtedy, kiedy nie ma napięcia, a 1 kiedy jest napięcie.
Pamięć tę nazywamy dynamiczną,
dlatego że kondensator jest w stanie utrzymać ładunek tylko przez krótki czas,
a zachowanie danych wymaga okresowego doładowywania.
Jednak nawet latencja rzędu 100 nanosekund
to zbyt dużo dla nowoczesnego procesora,
dlatego mamy też szybką pamięć podręczną o małej pojemności.
To pamięć statyczna, SRAM.
SRAM składa się zwykle z sześciu połączonych tranzystorów,
których nie trzeba odświeżać.
SRAM jest najszybszą, ale i najdroższą pamięcią w komputerze.
Zajmuje też trzykrotnie więcej miejsca niż DRAM.
RAM i pamięć podręczna przechowują dane tylko do czasu wyłączenia zasilania.
Żeby zachować dane na dłużej, trzeba je przenieść na nośnik,
który umożliwia długoterminowe przechowywanie.
Są trzy rodzaje takich nośników.
W nośnikach magnetycznych, najtańszych z tych trzech,
dane są przechowywane na płycie pokrytej warstwą materiału magnetycznego.
Ponieważ odczyt danych wymaga, żeby dysk obrócił się do miejsca, gdzie są zapisane,
te nośniki są 100 tysięcy razy wolniejsze niż DRAM.
Do zapisu optycznego, takiego jak DVD czy Blu-ray,
używane są też wirujące krążki,
ale te mają powłokę odbijającą światło.
Bity zakodowane jako jasne i ciemne plamki są odczytywane przez laser.
Chociaż nośniki optyczne są tanie i przenośne,
są wolniejsze i mają mniejszą pojemność niż nośniki magnetyczne.
Najnowszym i najszybszym wynalazkiem jest dysk półprzewodnikowy SSD,
czyli Solid State Drive, na przykład w pendrivie.
Te nośniki się nie obracają.
Wykorzystuje się stosowane w nich tranzystory z bramką pływającą,
która przechowuje bity, wyłapując i uwalniając ładunki elektryczne
w obrębie specjalnie zaprojektowanego układu.
Czy możemy polegać na tych miliardach bitów?
Często myślimy, że pamięć komputera jest czymś stałym i niezmiennym,
ale tak naprawdę niszczeje dość szybko.
Ciepło wytwarzane przez urządzenie i to pochodzące z otoczenia
sprawia, że dyski twarde w końcu się rozmagnesują,
barwniki na nośnikach optycznych wyblakną,
a w bramkach pływających dojdzie do wycieku ładunków.
Dyski SSD mają jeszcze jedną słabość.
Wielokrotnie powtarzana operacja zapisu powoduje korozję tranzystorów,
aż w końcu stają się bezużyteczne.
Ponieważ żywotność dostępnych obecnie nośników danych nie przekracza 10 lat,
naukowcy pracują nad wykorzystaniem właściwości fizycznych materiałów
na poziomie kwantowym,
żeby nośniki pamięci były szybsze,
mniejsze
i bardziej wytrzymałe.
Póki co nieśmiertelność pozostaje poza zasięgiem i ludzi, i komputerów.