Di zaman kuno - hampir 80 tahun yang lalu, pada awal teknologi komputasi - memori perangkat komputasi biasanya dibagi menjadi tiga jenis. Primer, sekunder dan eksternal. Sekarang tidak ada yang menggunakan terminologi ini, meskipun klasifikasi itu sendiri ada hingga hari ini. Hanya memori primer yang sekarang disebut hard drive operasional, sekunder - internal, dan yang eksternal disamarkan sebagai semua jenis disk optik dan flash drive.
Sebelum memulai perjalanan ke masa lalu, mari kita pahami klasifikasi di atas dan pahami untuk apa setiap jenis memori itu. Komputer merepresentasikan informasi dalam bentuk urutan bit - digit biner dengan nilai 1 atau 0. Unit informasi universal yang diterima secara umum adalah byte, biasanya terdiri dari 8 bit. Semua data yang digunakan oleh komputer menempati sejumlah byte. Misalnya, file musik biasanya berukuran 40 juta bit - 5 juta byte (atau 4,8 megabyte). Prosesor pusat tidak dapat berfungsi tanpa perangkat memori dasar, karena semua pekerjaannya direduksi menjadi menerima, memproses, dan menulis kembali ke memori. Itulah mengapa John von Neumann yang legendaris (kami telah menyebutkan namanya lebih dari sekali dalam serangkaian artikel tentang mainframe) muncul dengan struktur independen di dalam komputer,dimana semua data yang diperlukan akan disimpan.
Klasifikasi memori internal juga membagi media menurut prinsip kecepatan (dan energi). Memori primer cepat (akses acak) digunakan saat ini untuk menyimpan informasi penting yang paling sering diakses CPU. Ini adalah kernel sistem operasi, file yang dapat dieksekusi dari program yang sedang berjalan, hasil penghitungan antara. Waktu akses minimal, hanya beberapa nanodetik.
Memori primer berkomunikasi dengan pengontrol yang terletak di dalam prosesor (dalam model CPU terbaru), atau sebagai chip terpisah pada motherboard (jembatan utara). Harga RAM relatif tinggi, selain itu, itu mudah berubah: mereka mematikan komputer atau secara tidak sengaja menarik kabel daya dari soket - dan semua informasi hilang. Oleh karena itu, semua file disimpan di memori sekunder - di piringan hard disk. Informasi di sini tidak terhapus setelah listrik padam, dan harga per megabyte sangat rendah. Satu-satunya kekurangan hard drive adalah kecepatan reaksi yang rendah, yang diukur dalam milidetik.
Ngomong-ngomong, fakta yang menarik. Pada awal perkembangan komputer, memori primer tidak lepas dari memori sekunder. Unit pemrosesan utama sangat lambat, dan memori tidak memberikan efek kemacetan. Data online dan persisten disimpan dalam komponen yang sama. Belakangan, ketika kecepatan komputer meningkat, jenis media penyimpanan baru muncul.
Kembali ke masa lalu
Salah satu komponen utama komputer pertama adalah sakelar elektromagnetik, yang dikembangkan oleh ilmuwan Amerika terkenal Joseph Henry pada tahun 1835, ketika tidak ada yang memimpikan komputer apa pun. Mekanisme sederhana terdiri dari inti logam yang terbungkus kawat, alat kelengkapan besi yang dapat digerakkan, dan beberapa kontak. Perkembangan Henry membentuk dasar telegraf listrik Samuel Morse dan Charles Whitstone.
Video promosi:
Komputer pertama berdasarkan sakelar muncul di Jerman pada tahun 1939. Insinyur Konrad Süs menggunakannya untuk membuat logika sistem perangkat Z2. Sayangnya, mobil itu tidak berumur panjang, dan denah serta fotonya hilang selama pemboman Perang Dunia Kedua. Perangkat komputasi Sius berikutnya (dengan nama Z3) dirilis pada tahun 1941. Ini adalah komputer pertama yang dikendalikan oleh program tersebut. Fungsi utama mesin diwujudkan dengan 2000 sakelar. Konrad akan mentransfer sistem ke komponen yang lebih modern, tetapi pemerintah menutup pendanaan, percaya bahwa ide Sius tidak memiliki masa depan. Seperti pendahulunya, Z3 dihancurkan selama serangan bom Sekutu.
Sakelar elektromagnetik bekerja sangat lambat, tetapi perkembangan teknologi tidak berhenti. Jenis memori kedua untuk sistem komputer awal adalah jalur penundaan. Informasi tersebut dibawa oleh impuls listrik, yang diubah menjadi gelombang mekanis dan pada kecepatan rendah dipindahkan melalui merkuri, kristal piezoelektrik atau kumparan magnetoresistif. Ada gelombang - 1, tidak ada gelombang - 0. Ratusan dan ribuan impuls dapat bergerak melalui bahan konduksi per satuan waktu. Di ujung jalurnya, setiap gelombang diubah kembali menjadi impuls listrik dan dikirim ke awal - inilah operasi pembaruan paling sederhana untuk Anda.
Garis penundaan dikembangkan oleh insinyur Amerika John Presper Eckert. Komputer EDVAC, diperkenalkan pada tahun 1946, berisi dua blok memori dengan 64 garis penundaan berdasarkan merkuri (5,5 KB menurut standar modern). Saat itu, ini lebih dari cukup untuk bekerja. Memori sekunder juga ada di EDVAC - hasil perhitungan direkam pada pita magnetik. Sistem lain, UNIVAC 1, yang dirilis pada tahun 1951, menggunakan 100 blok berdasarkan garis penundaan, dan memiliki desain yang kompleks dengan banyak elemen fisik untuk menyimpan data.
Memori delay line lebih seperti mesin hyperspace pesawat luar angkasa. Sulit dibayangkan, tetapi raksasa seperti itu hanya dapat menyimpan sedikit data!
Anak Bobek
Dua penemuan yang cukup signifikan di bidang pembawa data tetap berada di belakang layar penelitian kami. Keduanya dilakukan oleh karyawan Bell Labs berbakat Andrew Bobek. Perkembangan pertama, yang disebut memori twistor, bisa menjadi alternatif yang sangat baik untuk memori inti magnetik. Dia sebagian besar mengulangi yang terakhir, tetapi bukannya cincin ferit untuk penyimpanan data dia menggunakan pita magnetik. Teknologi itu memiliki dua keunggulan penting. Pertama, memori twistor dapat secara bersamaan menulis dan membaca informasi dari sejumlah twistor. Selain itu, mudah untuk menyiapkan produksi otomatis. Bell Labs berharap ini akan secara signifikan mengurangi harga memori twistor dan menempati pasar yang menjanjikan.
Pengembangan ini didanai oleh Angkatan Udara AS, dan memori menjadi sel fungsional penting dari rudal Nike Sentinel. Sayangnya, pengerjaan twistor memakan waktu lama, dan memori berdasarkan transistor muncul kedepan. Penguasaan pasar tidak terjadi.
"Nasib buruk pertama kali, jadi beruntung kedua," pikir Bell Labs. Pada awal 70-an, Andrew Bobek memperkenalkan memori gelembung nonvolatile. Itu didasarkan pada film magnetik tipis yang menahan daerah magnet kecil (gelembung) yang menyimpan nilai biner. Setelah beberapa waktu, sel kompak pertama dengan kapasitas 4096 bit muncul - perangkat berukuran satu sentimeter persegi memiliki kapasitas seluruh strip dengan inti magnet.
Banyak perusahaan menjadi tertarik dengan penemuan ini, dan pada pertengahan tahun 70-an semua pemain pasar utama melakukan pengembangan di bidang memori gelembung. Struktur non-volatile membuat gelembung pengganti yang ideal untuk memori primer dan sekunder. Tetapi bahkan di sini rencana Bell Labs tidak menjadi kenyataan - hard drive murah dan memori transistor memblokir oksigen dari teknologi gelembung.
Vakum adalah segalanya bagi kami
Pada akhir tahun 40-an, logika sistem komputer dipindahkan ke tabung vakum (mereka juga tabung elektronik atau poros termionik). Bersama-sama dengan mereka, televisi, alat reproduksi suara, komputer analog dan digital menerima dorongan baru dalam perkembangannya.
Tabung vakum telah bertahan dalam teknologi hingga hari ini. Mereka sangat dicintai di kalangan audiophile. Dipercaya bahwa rangkaian penguat yang didasarkan pada tabung hampa udara memiliki kualitas suara yang melebihi analog modern.
Di bawah frase misterius "tabung hampa" adalah elemen yang agak sederhana dalam struktur. Ini menyerupai lampu pijar biasa. Filamen tertutup dalam ruang tanpa udara, dan ketika dipanaskan, ia memancarkan elektron, yang jatuh pada pelat logam bermuatan positif. Aliran elektron dihasilkan di dalam lampu di bawah tegangan. Tabung vakum dapat melewatkan atau memblokir (fase 1 dan 0) arus yang melewatinya, bertindak sebagai komponen elektronik komputer. Selama operasi, tabung vakum menjadi sangat panas, mereka harus didinginkan secara intensif. Tapi mereka jauh lebih cepat daripada saklar kuno.
Memori primer berdasarkan teknologi ini muncul pada tahun 1946-1947, ketika penemu Freddie Williams dan Tom Kilburn memperkenalkan pipa Williams-Kilburn. Metode penyimpanan data sangat cerdik. Dalam kondisi tertentu, titik cahaya muncul di tabung, yang sedikit mengisi permukaan yang ditempati. Daerah di sekitar titik tersebut memperoleh muatan negatif (disebut "sumur energi"). Titik baru dapat ditempatkan di "sumur" atau dibiarkan tanpa pengawasan - maka titik awal akan segera hilang. Transformasi ini diinterpretasikan oleh pengontrol memori sebagai fase biner 1 dan 0. Teknologi ini sangat populer. Memori tabung Williams-Kilburn dipasang di komputer Ferranti Mark 1, IAS, UNIVAC 1103, IBM 701, IBM 702 dan Standards Western Automatic Computer (SWAC).
Secara paralel, para insinyur dari Radio Corporation of America di bawah arahan ilmuwan Vladimir Zvorykin sedang mengembangkan tabung mereka sendiri, yang disebut selektif. Menurut ide penulis, selektron seharusnya mengandung hingga 4096 bit informasi, yang empat kali lebih banyak dari tabung Williams-Kilburn. Diperkirakan bahwa pada akhir tahun 1946 sekitar 200 selektron akan diproduksi, tetapi produksi terbukti sangat mahal.
Hingga musim semi 1948, Radio Corporation of America tidak merilis satu selektor pun, tetapi pengerjaan konsep terus berlanjut. Insinyur mendesain ulang tabung dan versi 256-bit yang lebih kecil sekarang tersedia. Seleksi mini lebih cepat dan lebih dapat diandalkan daripada tabung Williams-Kilburn, tetapi harganya masing-masing $ 500. Dan ini dalam produksi massal! Namun, para selektor berhasil masuk ke mesin komputasi - pada tahun 1953 perusahaan RAND merilis komputer dengan nama lucu JOHNNIAC (untuk menghormati John von Neumann). Seleksi 256-bit yang dikurangi dipasang di sistem, dan total memori adalah 32 byte.
Seiring dengan tabung vakum, beberapa komputer pada masa itu menggunakan memori drum, yang ditemukan oleh Gustav Tauscek pada tahun 1939. Desain sederhana melibatkan silinder logam besar yang dilapisi dengan paduan feromagnetik. Kepala baca, tidak seperti hard drive modern, tidak bergerak di atas permukaan silinder. Pengontrol memori menunggu informasi lewat di bawah kepalanya sendiri. Memori drum digunakan di komputer Atanasov-Berry dan beberapa sistem lainnya. Sayangnya, performanya sangat rendah.
Selektron tidak ditakdirkan untuk menaklukkan pasar komputer - Komponen elektronik yang tampak rapi tetap mengumpulkan debu di tong sampah sejarah. Dan ini terlepas dari karakteristik teknis yang luar biasa.
Kecenderungan modern
Saat ini, pasar memori primer diatur oleh standar DDR. Lebih tepatnya, generasi keduanya. Transisi ke DDR3 akan segera berlangsung - tinggal menunggu munculnya chipset murah yang mendukung standar baru tersebut. Standarisasi yang meluas membuat segmen memori terlalu membosankan untuk dijelaskan. Produsen telah berhenti menciptakan produk baru yang unik. Semua pekerjaan bermuara pada peningkatan frekuensi operasi dan memasang sistem pendingin yang canggih.
Kemandekan teknologi dan langkah evolusi yang kaku akan terus berlanjut sampai pabrikan mencapai batas kemampuan silikon (dari situlah sirkuit terintegrasi dibuat). Bagaimanapun, frekuensi kerja tidak dapat ditingkatkan tanpa batas.
Namun, ada satu kendala di sini. Kinerja chip DDR2 yang ada cukup untuk sebagian besar aplikasi komputer (program ilmiah yang kompleks tidak dihitung). Memasang modul DDR3 yang beroperasi pada 1066 MHz dan yang lebih tinggi tidak menyebabkan peningkatan kecepatan yang nyata.
Star Trek to the Future
Kelemahan utama memori, dan semua komponen lain yang didasarkan pada tabung vakum, adalah pembentukan panas. Pipa harus didinginkan dengan radiator, udara, dan bahkan air. Selain itu, pemanasan konstan secara signifikan mengurangi waktu pengoperasian - tabung terdegradasi dengan cara yang paling alami. Di akhir masa kerja mereka, mereka harus terus-menerus disetel dan akhirnya diubah. Bisa dibayangkan berapa banyak tenaga dan uang yang dikeluarkan untuk servis sistem komputer ?!
Tekstur aneh di foto - itu adalah memori inti magnetik. Berikut adalah struktur visual dari salah satu array dengan kabel dan cincin ferit. Dapatkah Anda membayangkan berapa banyak waktu yang harus Anda habiskan untuk menemukan modul yang tidak berfungsi di antara mereka?
Kemudian tibalah waktu array dengan cincin ferit yang berjarak dekat - penemuan fisikawan Amerika An Wang dan Wei-Dong Wu, dimodifikasi oleh siswa di bawah arahan Jay Forrester dari Massachusetts Institute of Technology (MIT). Kabel penghubung mengalir melalui pusat cincin pada sudut 45 derajat (empat untuk setiap cincin di sistem awal, dua di sistem yang lebih maju). Di bawah tegangan, kabel magnetisasi cincin ferit, yang masing-masing dapat menyimpan satu bit data (magnet - 1, demagnetisasi - 0).
Jay Forrester mengembangkan sistem di mana sinyal kontrol untuk beberapa inti dikirim hanya melalui beberapa kabel. Pada tahun 1951, sebuah memori yang didasarkan pada inti magnet (analog langsung dari memori akses acak modern) dirilis. Kemudian, ia mengambil tempat yang selayaknya di banyak komputer, termasuk generasi pertama mainframe dari DEC dan IBM. Dibandingkan dengan pendahulunya, jenis memori baru ini praktis tidak memiliki kekurangan. Keandalannya cukup untuk berfungsi di militer dan bahkan pesawat ruang angkasa. Setelah kecelakaan Pesawat Ulang-Alik Challenger, yang menyebabkan kematian tujuh awaknya, data dari komputer terpasang yang terekam dalam memori dengan inti magnet tetap utuh dan utuh.
Teknologi itu secara bertahap ditingkatkan. Manik-manik ferit berkurang ukurannya, kecepatan kerja meningkat. Sampel pertama beroperasi pada frekuensi sekitar 1 MHz, waktu akses 60.000 ns - pada pertengahan 70-an telah turun menjadi 600 ns.
Sayang, saya telah mengurangi ingatan kita
Lompatan ke depan berikutnya dalam pengembangan memori komputer terjadi ketika sirkuit dan transistor terintegrasi ditemukan. Industri telah mengambil jalur komponen miniatur sekaligus meningkatkan kinerjanya. Pada awal 1970-an, industri semikonduktor menguasai produksi sirkuit mikro yang sangat terintegrasi - puluhan ribu transistor sekarang muat di area yang relatif kecil. Chip memori dengan kapasitas 1 Kbit (1024 bit), chip kecil untuk kalkulator bahkan mikroprosesor pertama kali muncul. Revolusi nyata telah terjadi.
Produsen memori saat ini lebih mementingkan penampilan produk - semua standar dan karakteristik yang sama ditentukan sebelumnya dalam komisi seperti JEDEC.
Robert Dennard dari IBM telah memberikan kontribusi khusus untuk pengembangan memori primer. Ia mengembangkan chip pertama berdasarkan transistor dan kapasitor kecil. Pada tahun 1970, pasar didorong oleh Intel (yang baru muncul dua tahun sebelumnya) dengan diperkenalkannya chip memori 1Kb i1103. Dua tahun kemudian, produk ini menjadi chip memori semikonduktor terlaris di dunia.
Pada hari-hari Apple Macintosh pertama, blok RAM menempati bar besar (di foto di atas), sementara volumenya tidak melebihi 64 KB.
Sirkuit mikro yang sangat terintegrasi dengan cepat menggantikan jenis memori yang lebih lama. Dengan transisi ke tingkat pengembangan berikutnya, mainframe besar telah digantikan oleh komputer desktop. Memori utama saat itu akhirnya dipisahkan dari yang sekunder berupa microchip terpisah dengan kapasitas 64, 128, 256, 512 Kbit bahkan 1 Mbit.
Terakhir, chip memori utama dipindahkan dari motherboard ke strip terpisah, yang sangat memudahkan pemasangan dan penggantian komponen yang rusak. Frekuensi mulai meningkat, waktu akses menurun. Chip SDRAM dinamis sinkron pertama muncul pada tahun 1993, diperkenalkan oleh Samsung. Sirkuit mikro baru bekerja pada 100 MHz, waktu akses 10 ns.
Sejak saat itu, pawai kemenangan SDRAM dimulai, dan pada tahun 2000 jenis memori ini telah menyingkirkan semua pesaing. Komisi JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) mengambil alih definisi standar di pasar RAM. Para pesertanya telah membentuk spesifikasi yang seragam untuk semua produsen, frekuensi yang disetujui, dan karakteristik kelistrikan.
Evolusi lebih lanjut tidak begitu menarik. Satu-satunya peristiwa penting terjadi pada tahun 2000, ketika RAM standar DDR SDRAM muncul di pasaran. Ini menyediakan bandwidth dua kali lipat dari SDRAM konvensional dan mengatur panggung untuk pertumbuhan di masa depan. DDR diikuti pada tahun 2004 oleh standar DDR2, yang masih paling populer.
Troll paten
Di dunia IT modern, ungkapan Patent Troll mengacu pada perusahaan yang menghasilkan uang dari tuntutan hukum. Hal ini dimotivasi oleh fakta bahwa perusahaan lain telah melanggar hak cipta mereka. Pengembang memori Rambus termasuk dalam definisi ini sepenuhnya.
Sejak didirikan pada tahun 1990, Rambus telah melisensikan teknologinya kepada pihak ketiga. Misalnya, pengontrol dan chip memorinya dapat ditemukan di Nintendo 64 dan PlayStation 2. Jam terbaik Rambus datang pada tahun 1996, ketika Intel menandatangani perjanjian dengan Intel untuk menggunakan slot RDRAM dan RIMM dalam produknya.
Awalnya semuanya berjalan sesuai rencana. Intel memiliki teknologi canggih yang dapat digunakan, dan Rambus puas dengan kemitraan dengan salah satu pemain terbesar di industri TI. Sayangnya, mahalnya harga modul RDRAM dan chipset Intel mengakhiri popularitas platform tersebut. Produsen motherboard terkemuka menggunakan chipset dan papan VIA dengan konektor untuk SDRAM biasa.
Rambus menyadari bahwa pada tahap ini ia kehilangan pasar memori, dan memulai permainan panjangnya dengan hak paten. Hal pertama yang dia temukan adalah perkembangan JEDEC yang baru - memori DDR SDRAM. Rambus menyerangnya, menuduh pencipta melanggar hak cipta. Untuk beberapa waktu, perusahaan menerima royalti tunai, tetapi proses pengadilan berikutnya yang melibatkan Infineon, Micron, dan Hynix menempatkan semuanya pada tempatnya. Pengadilan mengakui bahwa perkembangan teknologi di bidang DDR SDRAM dan SDRAM bukan milik Rambus.
Sejak itu, jumlah total klaim oleh Rambus terhadap produsen RAM terkemuka telah melampaui semua batas yang bisa dibayangkan. Dan tampaknya cara hidup ini cukup cocok untuk perusahaan.
