Iidsetel aegadel - see oli peaaegu 80 aastat tagasi, infotehnoloogia algul - jaotati arvutusseadmete mälu tavaliselt kolmeks tüübiks. Esmane, sekundaarne ja väline. Nüüd ei kasuta keegi seda terminoloogiat, kuigi klassifikatsioon ise on olemas tänapäevani. Ainult primaarmälu nimetatakse nüüd operatiivseks, sekundaarseks - sisemiseks kõvakettadiks ja välist on maskeeritud igasuguste optiliste ketaste ja välkmäluseadmetena.
Enne minevikku mineku alustamist mõelgem ülaltoodud klassifikatsioonist ja mõistame, mis tähendus on igal mälutüübil. Arvuti esindab teavet bittide jada kujul - binaarsed numbrid väärtustega 1 või 0. Üldiselt aktsepteeritud universaalne teabeühik on bait, mis koosneb tavaliselt 8 bitist. Kõik arvuti kasutatavad andmed hõivavad teatud arvu baite. Näiteks on tüüpiline muusikafail 40 miljonit bitti - 5 miljonit baiti (või 4,8 megabaiti). Keskprotsessor ei saa ilma elementaarse mäluseadmeta toimida, sest kogu selle töö taandub vastuvõtmisele, töötlemisele ja mällu tagasi kirjutamisele. Seetõttu tekkis legendaarsel John von Neumannil (oleme tema nime maininud mitu korda suurarvuteid käsitlevas artiklite sarjas) iseseisva struktuuriga arvuti sees,kus kõik vajalikud andmed salvestatakse.
Sisemälu klassifikatsioon jagab meediumid ka kiiruse (ja energia) põhimõtte järgi. Kiiret primaarmälu (juhusliku juurdepääsuga) kasutatakse tänapäeval kriitilise teabe talletamiseks, millele CPU kõige sagedamini juurde pääseb. See on opsüsteemi kernel, töötavate programmide käivitatavad failid, arvutuste vahetulemused. Juurdepääsu aeg on minimaalne, vaid mõni nanosekund.
Primaarmälu suhtleb kontrolleriga, mis asub kas protsessori sees (viimastes protsessorimudelites) või eraldi kiibina emaplaadil (põhisild). RAM-i hind on suhteliselt kõrge, lisaks on see kõikuv: nad lülitasid arvuti välja või tõmbasid toitejuhtme kogemata pistikupesast välja ja kogu teave läks kaduma. Seetõttu salvestatakse kõik failid sekundaarmällu - kõvaketta platvormidele. Siinset teavet ei kustutata pärast voolukatkestust ja megabaidi hind on väga madal. Kõvaketaste ainus puudus on madal reaktsioonikiirus, seda mõõdetakse juba millisekundites.
Muide, huvitav fakt. Arvutite arengu koidikul ei eraldatud primaarmälu sekundaarmälust. Põhitöötlusseade oli väga aeglane ja mälu ei andnud kitsaskohale efekti. Veebipõhised ja püsivad andmed salvestati samadesse komponentidesse. Hiljem, kui arvutite kiirus kasvas, ilmusid uut tüüpi salvestuskandjad.
Tagasi minevikku
Esimeste arvutite üks põhikomponente oli elektromagnetilised lülitid, mille töötas välja kuulus Ameerika teadlane Joseph Henry juba 1835. aastal, kui keegi isegi ei osanud unistada ühestki arvutist. Lihtne mehhanism koosnes traadiga mähitud metallist südamikust, teisaldatavast rauddetailidest ja mõnest kontaktist. Henry areng oli aluseks Samuel Morise ja Charles Whitstone'i elektritelegraafile.
Reklaamvideo:
Esimene lülititel põhinev arvuti ilmus Saksamaal 1939. aastal. Insener Konrad Süs kasutas neid Z2 seadme süsteemiloogika loomisel. Kahjuks ei elanud auto kaua ning selle plaanid ja fotod kadusid Teise maailmasõja pommitamise ajal. Järgmine arvutusseade Sius (nime Z3 all) ilmus 1941. aastal. See oli esimene arvuti juhitav programm. Masina põhifunktsioonid viidi ellu 2000 lüliti abil. Konrad kavatses süsteemi üle viia moodsamatele komponentidele, kuid valitsus lõpetas rahastamise, uskudes, et Siusi ideedel pole tulevikku. Nagu tema eelkäija, hävitati Z3 liitlaste pommitusreiside ajal.
Elektromagnetilised lülitid töötasid väga aeglaselt, kuid tehnoloogia areng ei seisnud paigal. Teise tüüpi mälu varajastes arvutisüsteemides oli viivitusliinid. Teavet kandsid elektrilised impulsid, mis muudeti mehaanilisteks laineteks ja liikusid väikesel kiirusel läbi elavhõbeda, piesoelektrilise kristalli või magnetoresistiivse mähise. Seal on laine - 1, puudub laine - 0. Saad ja tuhanded impulsid võivad läbida juhtivat ainet ajaühikus. Oma teekonna lõpus muudeti iga laine tagasi elektriliseks impulssiks ja saadeti algusesse - siin on teie jaoks kõige lihtsam värskendustoiming.
Viivitusliini töötas välja Ameerika insener John Presper Eckert. 1946. aastal kasutusele võetud EDVAC-arvuti sisaldas kahte mäluplokki 64 elavhõbedal põhineva viivitusliiniga (tänapäevaste standardite järgi 5,5 KB). Sel ajal oli sellest tööks enam kui piisavalt. Teisene mälu oli ka EDVAC-is - arvutuste tulemused salvestati magnetlindile. Teine süsteem, UNIVAC 1, mis vabastati 1951. aastal, kasutas 100 viivitusjoonel põhinevat plokki ja selle andmete säilitamiseks oli keeruline füüsiline element, mis sisaldas paljusid füüsilisi elemente.
Viiterea mälu sarnaneb rohkem kosmoselaeva hüperkosmose mootoriga. Seda on raske ette kujutada, kuid selline kolosse võiks salvestada vaid paar bitti andmeid!
Bobeki lapsed
Kaks üsna olulist leiutist andmekandjate valdkonnas jäid meie uurimistöö taha. Mõlemaid tegi andekas Bell Labsi töötaja Andrew Bobek. Esimene arendus, nn keerdmälu, võiks olla suurepärane alternatiiv magnetilisele põhimälule. Ta kordas suures osas viimast, kuid ferriitsõrmuste asemel andmesalvestuseks kasutas ta magnetilinti. Tehnoloogial oli kaks olulist eelist. Esiteks võis twistor-mälu samaaegselt kirjutada ja lugeda teavet mitmest twistist. Lisaks oli automaatse tootmise seadistamine lihtne. Bell Labs lootis, et see vähendab oluliselt keerdmälu hinda ja hõivab paljulubava turu.
Arendust rahastasid USA õhujõud ja mälu pidi saama Nike Sentineli rakettide oluliseks funktsionaalseks rakuks. Kahjuks võttis keerajate töö kaua aega ja esikohale tuli transistoritel põhinev mälu. Turu hõivamist ei toimunud.
“Esimesel korral oli õnne, teisel korral nii palju õnne,” arvas Bell Labs. 70-ndate aastate alguses tutvustas Andrew Bobek mittelenduvat mullimälu. Selle aluseks oli õhuke magnetkile, mis hoidis väikeseid magnetiseeritud piirkondi (mullid), mis salvestasid binaarseid väärtusi. Mõne aja pärast ilmus esimene kompaktne lahter mahuga 4096 bitti - ühe ruutsentimeetri suurusel seadmel oli terve magnetiliste südamikega riba mahutavus.
Paljud ettevõtted hakkasid selle leiutise vastu huvi tundma ja 70-ndate aastate keskel asusid kõik suuremad turuosalised arendama mulli mälu. Mittelenduv struktuur tegi mullidest ideaalse asendaja nii primaarsele kui ka sekundaarsele mälule. Kuid isegi siin ei saanud Bell Labsi plaanid teoks - odavad kõvakettad ja transistormälu blokeerisid mulli tehnoloogia hapniku.
Vaakum on meie kõik
40. aastate lõpuks kolis arvutite süsteemiloogika vaakumtorudesse (need on ka elektroonilised torud või termioonvõllid). Nendega koos said televisioon, heli taasesitusseadmed, analoog- ja digitaalarvutid arengus uue tõuke.
Vaakumtorud on tehnoloogias säilinud tänapäevani. Neid armastatakse eriti audiofiilide seas. Arvatakse, et vaakumtorudel põhinev võimenduslülitus on helikvaliteedi osas tänapäevastest analoogidest kõrgem lõige.
Salapärase fraasi "vaakumtoru" all on üsna lihtne element. See sarnaneb tavalise hõõglambiga. Hõõgniit on suletud õhuta ruumi ja kuumutamisel eraldab see elektrone, mis langevad positiivselt laetud metallplaadile. Pinge all oleva lambi sees tekitatakse elektronide voog. Vaakumtoru võib selle läbivat voolu kas läbida või blokeerida (faasid 1 ja 0), toimides arvutite elektroonilise komponendina. Töötamise ajal muutuvad vaakumtorud väga kuumaks, neid tuleb intensiivselt jahutada. Kuid need on palju kiiremad kui antediluvian lülitid.
Sellel tehnoloogial põhinev esmane mälu ilmus aastatel 1946–1947, kui leiutajad Freddie Williams ja Tom Kilburn tutvustasid Williams-Kilburn toru. Andmesalvestusmeetod oli väga leidlik. Teatud tingimustel tekkis torule valguse punkt, mis hõivatud pinda pisut laadis. Punkti ümbritsev piirkond omandas negatiivse laengu (seda nimetati "energiakaevuks"). Uue punkti võiks panna "kaevu" või jätta järelevalveta - siis kadus algne punkt kiiresti. Neid muutusi tõlgendas mälukontroller kahekomponentsete faasidena 1 ja 0. See tehnoloogia oli väga populaarne. Williams-Kilburni torumälu paigaldati Ferranti Mark 1, IAS, UNIVAC 1103, IBM 701, IBM 702 ja SWAC (Standards Western Automatic Computer) arvutitesse.
Paralleelselt arendasid Ameerika raadiokorporatsiooni insenerid teadlase Vladimir Zvorykini juhtimisel oma toru, mida nimetatakse selektroniks. Autorite idee kohaselt pidi selektron sisaldama kuni 4096 bitti teavet, mis on neli korda rohkem kui Williams-Kilburn toru. Arvatakse, et 1946. aasta lõpuks toodetakse umbes 200 selektronit, kuid tootmine osutus väga kalliks.
Kuni 1948. aasta kevadeni ei lasknud Ameerika raadiokorporatsioon ainsatki selektroni välja, kuid töö selle idee kallal jätkus. Insenerid kujundasid toru ümber ja nüüd on saadaval ka väiksem 256-bitine versioon. Mini-selektronid olid kiiremad ja usaldusväärsemad kui Williams-Kilburn torud, kuid maksavad 500 dollarit tükk. Ja see on masstootmises! Valijatel õnnestus aga arvutimasinasse pääseda - 1953. aastal laskis RANDi ettevõte välja arvuti naljaka nimega JOHNNIAC (John von Neumanni auks). Süsteemi installiti vähendatud 256-bitiseid selektroone ja kogumälu oli 32 baiti.
Vaakumtorude kõrval kasutasid mõned tolleaegsed arvutid trummimälu, mille leiutas Gustav Tauscek 1939. aastal. Lihtne konstruktsioon hõlmas suurt ferromagnetilise sulamiga kaetud metallist silindrit. Lugemispead, erinevalt tänapäevastest kõvaketastest, ei liikunud üle silindri pinna. Mälukontroller ootas, kuni teave liigub peade alt iseseisvalt. Trummimälu kasutati Atanasov-Berry arvutis ja mõnes muus süsteemis. Kahjuks oli selle jõudlus väga madal.
Selektron ei olnud mõeldud arvutituru vallutamiseks - kena välimusega elektroonikakomponendid on tolmu kogunud ajaloo prügikasti. Ja seda vaatamata silmapaistvatele tehnilistele omadustele.
Kaasaegsed tendentsid
Praegu valitseb peamist mäluturgu DDR-i standard. Täpsemalt, selle teine põlvkond. DDR3-le üleminek toimub väga kiiresti - jääb vaid oodata uue standardi toetavate odavate kiibikomplektide ilmumist. Laialdane standardimine muutis mälusegmendi kirjeldamiseks liiga igavaks. Tootjad on peatanud uute unikaalsete toodete leiutamise. Kogu töö seisneb töösageduse suurendamises ja keeruka jahutussüsteemi paigaldamises.
Tehnoloogiline seisak ja tagasihoidlikud evolutsioonietapid jätkuvad seni, kuni tootjad jõuavad räni võimekuse piirini (just sellest tehakse integraallülitusi). Lõppude lõpuks ei saa töö sagedust lõputult suurendada.
Siin on siiski üks saak. Olemasolevate DDR2 kiipide jõudlus on enamiku arvutirakenduste jaoks piisav (keerulised teadusprogrammid ei lähe arvesse). Sagedusel 1066 MHz töötavate DDR3 moodulite installimine ei too kiiruse käegakatsutavat suurenemist.
Star Trek tulevikku
Mälu ja kõigi muude vaakumtorudel põhinevate komponentide peamine puudus oli soojuse tootmine. Torusid tuli jahutada radiaatorite, õhu ja isegi veega. Lisaks vähendas pidev kuumutamine märkimisväärselt tööaega - torud lagunesid kõige loomulikumal viisil. Kasutusaja lõpus tuli neid pidevalt häälestada ja lõpuks muuta. Kas te kujutate ette, kui palju vaeva ja raha see arvutisüsteemide teenindamiseks läks ?!
Kummaline tekstuur fotol - see on magnetiline tuummälu. Siin on ühe juhtmete ja ferriitsõrmustega massiivi visuaalne struktuur. Kas te kujutate ette, kui palju aega pidite kulutama mittetöötava mooduli leidmiseks nende seast?
Seejärel saabus tihedalt asetsevate ferriitsüklitega massiivide aeg - Ameerika füüsikute An Wangi ja Wei-Dong Wu leiutis, mida modifitseerisid Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) Jay Forresteri juhendamisel õppurid. Ühendusjuhtmed kulgesid rõngaste keskpunktide kaudu 45-kraadise nurga all (varases süsteemis iga rõnga kohta neli, keerukamates süsteemides kaks). Pinge all juhtmed magneesisid ferriitsõrmustest, millest igaüks võis salvestada ühe bitti andmeid (magnetiseeritud - 1, demagnetiseeritud - 0).
Jay Forrester töötas välja süsteemi, milles mitme südamiku kontrollsignaalid saadeti vaid mõne juhtme kaudu. 1951. aastal vabastati magnetsüdamikel põhinev mälu (tänapäevase juhusliku juurdepääsuga mälu otsene analoog). Hiljem võttis see oma õiguspärase koha paljudes arvutites, sealhulgas DEC ja IBMi suurarvutite esimeses põlvkonnas. Võrreldes eelkäijatega polnud uut tüüpi mälul praktiliselt puudusi. Selle töökindlus oli sõjaväes ja isegi kosmoselaevades töötamiseks piisav. Pärast kosmosesüstiku Challengeri krahhi, mille tagajärjel suri seitse meeskonnaliiget, jäid mällu salvestatud pardaarvuti andmed magnetiliste tuumadega puutumatuks ja puutumatuks.
Järk-järgult täiustati tehnoloogiat. Ferriidihelmeste suurus vähenes, töö kiirus kasvas. Esimesed proovid töötasid sagedusel umbes 1 MHz, juurdepääsu aeg oli 60 000 ns - 70ndate keskpaigaks oli see langenud 600 ns-ni.
Kullake, ma olen vähendanud meie mälu
Järgmine hüpe arvutimälu arendamisel saabus siis, kui leiutati integraallülitused ja transistorid. Tööstus on võtnud kasutusele komponentide miniaturiseerimise, suurendades samal ajal nende jõudlust. 1970. aastate alguses õppis pooljuhtide tööstus väga integreeritud mikrolülituste tootmist - kümned tuhanded transistorid sobivad nüüd suhteliselt väikesele alale. Ilmusid mälukiibid mahuga 1 Kbit (1024 bitti), väikesed kiibid kalkulaatorite jaoks ja isegi esimesed mikroprotsessorid. On juhtunud tõeline revolutsioon.
Tänapäeval on mälutootjad rohkem seotud oma toodete väljanägemisega - kõik samad standardid ja omadused on ette nähtud komisjonides nagu JEDEC.
Dr Robert Dennard IBM-ist on andnud erilise panuse primaarmälu arendamisse. Ta töötas välja esimese transistoril ja väikesel kondensaatoril põhineva kiibi. 1970. aastal ergutas turgu Intel (mis oli ilmunud vaid kaks aastat varem) 1Kb i1103 mälukiibi kasutuselevõtuga. Kaks aastat hiljem sai sellest tootest maailma enimmüüdud pooljuhtide mälukiip.
Esimese Apple Macintoshi päevadel hõivas RAM-i plokk tohutu riba (ülaltoodud fotol), samas kui maht ei ületanud 64 KB.
Tugevalt integreeritud mikrolülitused asendasid kiiresti vanema tüüpi mälu. Järgmisele arengutasemele üleminekuga on mahukad suurarvutid andnud tee lauaarvutitele. Põhimälu eraldati sel ajal lõplikult sekundaarsest, see toimus eraldi mikrokiipidena, mahutavusega 64, 128, 256, 512 Kbit ja isegi 1 Mbit.
Lõpuks viidi esmased mälukiibid emaplaadilt eraldi ribadele, mis hõlbustas oluliselt vigasete komponentide paigaldamist ja asendamist. Sagedused hakkasid tõusma, juurdepääsuajad lühenesid. Esimesed sünkroonsed dünaamilised SDRAM-kiibid ilmusid 1993. aastal, tutvustas Samsung. Uued mikroskeemid töötasid sagedusel 100 MHz, juurdepääsu aeg oli 10 ns.
Sellest hetkest algas SDRAMi võidukas marss ja 2000. aastaks oli seda tüüpi mälu kõik konkurendid välja tõrjunud. JEDEC (ühine elektronseadetehnoloogia nõukogu) komisjon võttis üle RAM-i turustandardite määratlemise. Selle osalejad on koostanud kõigi tootjate jaoks ühtsed spetsifikatsioonid, kinnitatud sageduse ja elektrilised omadused.
Edasine areng pole nii huvitav. Ainus märkimisväärne sündmus leidis aset 2000. aastal, kui turule ilmus DDR SDRAM standardmälu. See andis tavalise SDRAM-i ribalaiuse kaks korda suuremaks ja pani aluse edasiseks kasvuks. DDR-ile järgnes 2004. aastal DDR2-standard, mis on endiselt kõige populaarsem.
Patenditroll
Kaasaegses IT-maailmas tähistab fraas Patent Troll firmasid, kes kohtuasjadest raha teenivad. Nad motiveerivad seda asjaoluga, et teised ettevõtted on nende autoriõigusi rikkunud. Selle määratluse alla kuulub täielikult mäluarendaja Rambus.
Alates asutamisest 1990. aastal on Rambus litsentsinud oma tehnoloogiat kolmandatele osapooltele. Näiteks selle kontrollerid ja mälukiibid leiate Nintendo 64 ja PlayStation 2-st. Rambuse parimaks tunniks jõudis 1996. aastal, kui Intel sõlmis Inteliga lepingu RDRAM- ja RIMM-pesade kasutamiseks oma toodetes.
Alguses läks kõik plaanipäraselt. Inteli käsutuses oli arenenud tehnoloogia ja Rambus oli rahul koostööga IT-tööstuse ühe suurima osalisega. Kahjuks lõpetas RDRAM-moodulite ja Inteli kiibistike kõrge hind platvormi populaarsuse. Juhtivad emaplaadi tootjad kasutasid tavalise SDRAM-i jaoks VIA kiibikomplekte ja pistikutega tahvleid.
Rambus sai aru, et selles etapis kaotas ta mälusturu ja alustas oma pikka mängu patentidega. Esimene asi, millega ta kokku tuli, oli värske JEDEC-i arendus - DDR SDRAM-mälu. Rambus ründas teda, süüdistades loojaid autoriõiguse rikkumises. Mõne aja eest sai ettevõte rahalist kasutustasu, kuid järgmine kohtuprotsess, milles osalesid Infineon, Micron ja Hynix, panid kõik oma kohale. Kohus tunnistas, et tehnoloogia areng DDR SDRAM ja SDRAM valdkonnas ei kuulu Rambusele.
Sellest ajast alates on Rambuse juhtivate RAM-i tootjate vastu esitatud nõuete koguarv ületanud kõik ettekujutatavad piirid. Ja tundub, et selline eluviis sobib ettevõttele üsna hästi.
