Theo nhiều cách, kí ức tạo nên con người chúng ta,
giúp ta nhớ lại quá khứ,
học hỏi và duy trì các kĩ năng,
và lên kế hoạch cho tương lai.
Và đối với máy tính, vốn thường hoạt động như sự mở rộng của bản thân ta,
bộ nhớ cũng đóng vai trò như vậy,
dù đó là bộ phim dài hai tiếng,
tài liệu văn bản hai từ,
hay hướng dẫn mở,
mọi thứ trong bộ nhớ máy tính có dạng đơn vị cơ bản gọi là bit,
hay các số nhị phân.
Mỗi bit được lưu trữ trong một ô nhớ
có thể chuyển đổi giữa hai trạng thái cho hai giá trị,
0 và 1.
Mọi tài liệu và chương trình bao gồm hàng triệu các bit này
đều được xử lý trong đơn vị xử lý trung tâm,
hay CPU.
Nó hoạt động như bộ não máy tính.
Và khi số lượng bit cần xử lý gia tăng theo cấp số nhân,
lập trình viên luôn vật lộn
giữa kích thước, chi phí và tốc độ.
Như chúng ta, máy tính có bộ nhớ ngắn hạn cho những công việc tạm thời,
và bộ nhớ dài hạn cho việc lưu trữ lâu dài.
Khi bạn chạy một chương trình,
hệ điều hành của bạn phân chia các vùng trong trí nhớ ngắn hạn
để thực hiện những chỉ dẫn đó.
Ví dụ, khi bạn bấm một phím trên trình xử lý văn bản,
CPU sẽ truy cập một trong những nơi này để gọi ra những bit dữ liệu.
Nó cũng có thể sửa đổi chúng, hoặc tạo ra những cái mới.
Thời gian để thực hiện việc này được gọi là độ trễ của bộ nhớ.
Và bởi vì các chương trình hướng dẫn phải được xử lý nhanh và liên tục,
mọi nơi trong bộ nhớ ngắn hạn có thể được truy cập theo bất kỳ trình tự nào.
Do đó mà có cái tên bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM).
Loại RAM phổ biến nhất là RAM động, hay DRAM.
Ở đó, mỗi ô nhớ chứa một linh kiện bán dẫn và một tụ điện
để lưu trữ điện tích,
một số 0 khi không nạp điện, và một số 1 khi được nạp điện.
Bộ nhớ như vậy được gọi là động
vì nó chỉ giữ điện tích lại một lát trước khi chúng bị rò đi,
cần được nạp điện định kỳ để giữ dữ liệu.
Nhưng dù nó có độ trễ thấp 100 nanô giây
thì vẫn quá lâu đối với các CPU hiện đại,
nên cũng có một bộ nhớ đệm nhỏ, tốc độ cao
được làm từ RAM tĩnh.
Nó thường có cấu tạo bao gồm sáu linh kiện bán dẫn có khóa liên động
không cần nạp điện.
SRAM (RAM tĩnh) là bộ nhớ nhanh nhất trong hệ thống máy tính,
nhưng cũng là loại đắt nhất,
và chiếm không gian nhiều gấp ba lần DRAM.
Nhưng RAM và bộ nhớ đệm chỉ có thể giữ dữ liệu khi được nạp điện.
Để dữ liệu được giữ lại khi tắt thiết bị,
nó được chuyển vào một thiết bị lưu trữ dài hạn
bao gồm ba loại chính.
Trong bộ nhớ từ, loại rẻ nhất,
dữ liệu được lưu trữ như một mô hình từ tính trên đĩa quay tráng phim từ.
Nhưng vì đĩa phải được quay đến nơi dữ liệu được lưu trữ
để được đọc,
độ trễ cho những ổ đĩa như vậy trễ hơn của DRAM 100.000 lần.
Mặt khác, bộ nhớ quang học như DVD hay Blu-ray
cũng sử dụng đĩa quay,
nhưng với một lớp tráng phản chiếu.
Bit được mã hóa thành điểm sáng và tối và dùng thuốc nhuộm có thể đọc bằng laze.
Trong khi các phương tiện bộ nhớ quang rất rẻ và dễ tháo gỡ,
chúng lại có độ trễ chậm hơn bộ nhớ từ tính
và dung lượng cũng thấp hơn.
Cuối cùng, những loại bộ nhớ dài hạn mới nhất và nhanh nhất là các ổ đĩa rắn,
như USB.
Chúng không có bộ phận chuyển động,
thay vào đó sử dụng linh kiện bán dẫn có cổng nổi
lưu trữ các bit bằng cách giữ lại hoặc loại bỏ điện tích
trong những kết cấu bên trong được thiết kế đặc biệt.
Vậy hàng triệu bit này có độ tin cậy như thế nào?
Chúng ta có xu hướng nghĩ bộ nhớ máy tính là ổn định và lâu dài,
những thật ra nó xuống cấp khá nhanh.
Nhiệt tỏa ra từ thiết bị và môi trường xung quanh
rốt cuộc sẽ khử từ tính ổ cứng,
làm xuống cấp thuốc nhuộm của phương tiện quang học,
và gây ra rò rỉ điện từ trong cổng nổi.
Ổ đĩa rắn cũng có những điểm yếu.
Viết liên tục lên linh kiện bán dẫn có cổng nổi sẽ làm chúng hao mòn,
cuối cùng sẽ khiến chúng vô dụng.
Với dữ liệu trên hầu hết phương tiện lưu trữ
có tuổi thọ dưới 10 năm như hiện nay,
các nhà khoa học đang tìm cách khai thác thành phần vật lý của các vật liệu
xuống cấp độ lượng tử
với hy vọng làm cho thiết bị bộ nhớ nhanh hơn,
nhỏ hơn,
và bền bỉ hơn.
Tạm thời, sự bất tử vẫn ở ngoài tầm với, của cả con người và máy tính.