Como funciona a memória de computador - Kanawat Senanan

Veja a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/how-computer-memory-works-kanawat-senanan

De muitas formas, nossas memórias nos tornam quem somos, nos ajudando a nos lembrarmos do nosso passado, a aprendermos e mantermos habilidades e a nos prepararmos para o futuro. Para os computadores, que normalmente agem como extensões de nós mesmos, a memória desempenha basicamente o mesmo papel. Kanawat Senanan explica como funciona a memória de computador.

Lição de Kanawat Senanan, animação de TED-Ed.

De muitas formas, nossa memória
nos torna quem somos,

nos ajudando a nos lembrarmos
do nosso passado,

a aprendermos e preservarmos habilidades
e a nos planejarmos nosso futuro.

Para os computadores, que normalmente
agem como extensões de nós mesmos,

a memória desempenha
basicamente o mesmo papel.

Seja um filme de duas horas,
um arquivo de texto de duas palavras,

ou as instruções para abrir ambos,

tudo na memória de um computador
assume a forma de unidades básicas

chamadas de "bits", ou dígitos binários.

Cada um deles fica armazenado
numa célula de memória

que é capaz de alternar entre dois estados
ou dois valores possíveis:

0 e 1.

Arquivos e programas
consistem de milhões desses bits,

todos eles processados na unidade
de processamento central, ou CPU,

que atua como o "cérebro" do computador.

Uma vez que o número de bits que precisam
ser processados aumenta exponencialmente,

os criadores de computadores
enfrentam um impasse constante

entre tamanho, custo e velocidade.

Como nós, os computadores possuem memória
de curto prazo para tarefas imediatas

e memória de longo prazo
para armazenamentos mais duradouros.

Ao rodar um programa,

seu sistema operacional aloca espaço
dentro da memória de curto prazo

para realizar essas instruções.

Por exemplo, ao pressionar uma tecla
num processador de texto,

a CPU acessa um desses espaços
para recuperar partes de dados.

Ela também pode
modificá-los ou criar novos.

O tempo gasto para isso
é chamado de latência de memória.

Já que as instruções de memória precisam
ser processadas rápida e continuamente,

todos os espaços
dentro da memória de curto prazo

podem ser acessados em qualquer ordem.

Por isso o nome "memória
de acesso aleatório", ou RAM.

O tipo mais comum de memória RAM
é a RAM dinâmica, ou DRAM.

Nela, cada célula de memória consiste
de um minúsculo transistor e um capacitor

que armazenam cargas elétricas:

um 0 quando não há carga,
ou 1 quando há carga.

Ela é chamada de dinâmica

porque armazena cargas
por pouco tempo, até que elas escapem,

o que requer recarga periódica
para a retenção de dados.

Embora sua latência seja baixa,
de 100 nanossegundos,

é muito longa para CPUs modernas.

Assim, também existe uma memória cache,
pequena e de alta velocidade,

feita de RAM estática.

Ela é normalmente feita
de seis transistores interligados,

que não precisam de atualização.

A SRAM é a memória mais rápida
num sistema de computador,

mas também é a mais cara
e ocupa três vezes mais espaço que a DRAM.

A RAM e a cache, porém,
só armazenam dados se estiverem ligadas.

Para que os dados permaneçam
quando o dispositivo for desligado,

devem ser transferidos para um dispositivo
de armazenamento de longo prazo,

que vem em três tipos principais.

No armazenamento magnético,
que é o mais barato,

os dados são armazenados
como padrão magnético

num disco giratório codificado
com filme magnético,

mas, como o disco precisa rodar
até onde os dados estão alocados,

para que sejam lidos,

a latência desses "drives" é 100 mil vezes
mais lenta que a da DRAM.

Por outro lado, o armazenamento óptico,
como no DVD e no Blu-ray,

também utiliza discos giratórios,
mas com um revestimento refletivo.

Os bits são codificados
na forma de pontos claros e escuros,

usando-se uma tinta
que é lida por meio de lêiser.

Embora mídias de armazenamento óptico
sejam baratas e removíveis,

elas têm latências ainda mais lentas
que a do armazenamento magnético,

bem como menor capacidade.

Por fim, os mais novos e mais rápidos
tipos de armazenamento de longo prazo

são drives de estado sólido,
como os "pen-drives".

Eles não possuem partes móveis,

e usam, em vez disso,
transistores de porta flutuante,

que armazenam bits prendendo
ou removendo cargas elétricas

dentro de suas estruturas internas
especialmente projetadas para isso.

Mas qual a confiabilidade
desses bilhões de bits?

Tendemos a achar que a memória
de computador é estável e permanente,

mas ela se degrada bem rápido, na verdade.

O calor gerado por um dispositivo
e por seu ambiente

acaba desmagnetizando discos rígidos,

degradando a tinta em mídias ópticas

e causando vazamento
de cargas elétricas em portas flutuantes.

Drives de estado sólido
também têm uma outra fraqueza.

Gravar repetidamente em transistores
de porta flutuante os corrói,

o que acaba tornando-os inúteis.

Com dados nas mídias
de armazenamento mais atuais

tendo uma vida útil de menos de dez anos,

os cientistas vêm tentando tirar proveito
das propriedades físicas dos materiais,

em nível quântico,

na esperança de tornar
os dispositivos de memória

mais rápidos, menores e mais duráveis.

Por enquanto, a imortalidade está fora
de alcance para humanos e computadores.