Czym jest pamięć komputera?

Wykonując obliczenia ołówkiem na kartce, często musimy notować wyniki pośrednie. Zapisujemy je w brudnopisie. Brudnopis działa jako rodzaj pamięci zewnętrznej. A pamięć, niezależnie od formy, fizycznie zajmuje przestrzeń. Komputery zawierają pamięć. Możemy powiedzieć, że to brudnopis komputera. Tworząc tablice do przechowywania wartości w swoim programie, potrzebujecie pamięci. I, na najniższym poziomie, komputery czytają i przechowują wszystkie instrukcje jako ciągi liczb. Ale jak przechowywać liczby w maszynie? Z początku problem był bardzo trudny, zwłaszcza że komputer powinien zachować zawartość pamięci w razie zaniku zasilania. Nazywa się to pamięcią nieulotną lub trwałą. Maszynie najłatwiej jest wykryć różnicę między obecnością a nieobecnością czegoś. Tak działały dawne karty perforowane. U góry mamy dane, a kolumny zawierają serię wybitych dziur, symbolizujących każdy znak. Komputery tak naprawdę mają dwie pozycje, jak przełącznik włączony dla jedynki i wyłączony dla zera. To najmniejsza ilość informacji, pojedyncza różnica, która nazywamy bitem. Bity są świetne do przechowywania, bo gdy je dodajemy, ilość jednoznacznych stanów rośnie wykładniczo. Pamiętajcie, jeden przełącznik to jeden bit i może przechowywać dwa stany, ale dwa przełączniki mogą już przechowywać stany cztery. A 8 przełączników, czyli bitów, to już 256 stanów. Przestrzeń mierzy się w bitach, ale fizyczny rozmiar bitu zależy od metody przechowywania. Jak komputery przechowują wewnętrznie zera i jedynki? Nowoczesne systemy przetwarzania danych, jak te, używają tysięcy rdzeni magnetycznych. Czym są rdzenie magnetyczne? To małe pierścienie ze stopu niklu lub innego materiału magnetycznego. Zastąpiły lampy próżniowe w wielu ważnych funkcjach w systemach przetwarzania danych. Pozwalały komputerom przechowywać bity jako kierunek namagnesowania - prawoskrętny bądź lewoskrętny. Każdy rdzeń mógł zostać namagnesowany w dwa różne sposoby, zależnie od kierunku przyłożonego prądu. Bit może być reprezentowany przez każde urządzenie dwustanowe, a rdzeń magnetyczny jest właśnie takim urządzeniem. Później robiło się to przy użyciu dysków magnetycznych; możemy uważać każdy bit za maleńką komórkę magnetyczną, którą można namagnesować tak, by przechowywała 1 lub 0. Krótko mówiąc, wielkość bitu od czasów kart perforowanych bardzo szybko malała. Twardy dysk w nowoczesnym komputerze to miliardy komóreczek magnetycznych. Możecie się zastanawiać, jak małe są te magnetyczne komórki. W IBM pracuje się nad zmniejszeniem ich do poziomu atomowego. Wykazano, że 12 atomów żelaza może działać jako stabilna jednostka magnetyczna przechowująca 1 lub 0, zależnie od orientacji. Zbliżamy się do teoretycznej granicy, gdzie będziemy trzymać jeden bit w jednym atomie. 5 bitów danych to 480 atomów. O całe rzędy wielkości mniej niż tradycyjny bit Co ciekawe, IBM szacuje, że możemy włożyć ok. 1 biliarda bitów informacji w urządzenie wielkości iPoda, z przechowywaniem atomowym. Nazwijmy to superdyskiem. Jeszcze nie istnieje, to przykład hipotetyczny. Mały, mieszczący się w dłoni dysk z przechowywaniem atomowym pomieściłby tysiąc terabitów, czyli tysiąc bilionów przełączników… Albo, co częściej usłyszycie, 125 terabajtów. W dłoni. Przykład zrozumiały dla każdego: 125 terabajtów to odpowiednik 1250 km półki na książki – trzymanej w dłoni. Tak wygląda przyszłość pamięci. Czy będziemy umieli przechowywać bit na czymś mniejszym niż atom?