Kako funkcioniše kompjuterska memorija - Kanavat Senanan

Pogledajte celu lekciju: http://ed.ted.com/lessons/how-computer-memory-works-kanawat-senanan

Naša memorija nas umnogome čine onakvima kakvi jesmo, tako što nam pomaže da se setimo prošlosti, da naučimo i upamtimo veštine i da planiramo budućnost. Kod kompjutera, koji često funkcionišu kao produžetak nas samih, memorija igra istu ulogu. Kanavat Senanan objašnjava kako funkcioniše kompjuterska memorija.

Autor lekcije: Kenavat Sananan, animacija: TED-Ed.

Naša memorija nas umnogome
čini onakvima kakvi jesmo,

tako što nam pomaže
da se setimo prošlosti,

da naučimo i upamtimo veštine

i planiramo budućnost.

Kod kompjutera, koji često
funkcionišu kao produžetak nas samih,

memorija igra istu ulogu.

Bilo da je u pitanju film od dva sata,

tekstualni dokument od dve reči

ili uputstvo za otvaranje nečeg od ta dva,

sve u kompjuterskoj memoriji je u obliku
osnovnih jedinica zvanih „bitovi“

ili „binarne cifre“.

Svaka od njih je uskladištena
u memorijskoj ćeliji

koja može biti u jednom od dva stanja
za dve moguće vrednosti:

0 i 1.

Dokumenti i programi se sastoje
od miliona ovakvih bitova

koji se obrađuju
u centralnoj procesorskoj jedinici

ili CPU,

koja se ponaša kao mozak kompjutera.

Kako broj bitova koji treba da se obrade
eksponencijalno raste,

konstruktori kompjutera se suočavaju
sa stalnom borbom

između veličine, cene i brzine.

Kao i mi, kompjuteri imaju
kratkotrajnu memoriju za brze zadatke

i dugotrajnu memoriju za trajnije čuvanje.

Kada pokrenete neki program,

vaš operativni sistem dodeljuje oblast
u kratkotrajnoj memoriji

za izvršavanje ovih naredbi.

Na primer, kad pritisnete dugme
u programu za obradu teksta,

CPU će pristupiti jednoj od ovih lokacija
da bi preuzeo bitove podataka.

On ih takođe može i modifikovati
ili napraviti nove.

Vreme koje je za to potrebno
naziva se latencija memorije.

A zbog toga što se instrukcije programa
moraju obrađivati brzo i neprestano,

svim lokacijama u krakotrajnoj memoriji
može se pristupiti bilo kojim redosledom

i otud naziv „memorija
sa nasumičnim pristupom“ (RAM).

Najuobičajenija vrsta RAM-a
je dinamička RAM ili DRAM memorija.

U njoj, svaka memorijska ćelija se sastoji
od malog tranzistora i kondenzatora

u kojima su uskladištena naelektrisanja -

0, kad nema naelektrisanja
ili 1, kad ima naelektrisanja.

Takva memorija se naziva dinamička

jer zadržava naelektrisanja
samo kratko pre nego što nestanu

i zahteva periodično napajanje
da bi zadržala podatke.

Međutim, čak je i njena niska latencija
od 100 nanosekundi

preduga za moderne procesore,

pa postoji i mala „keš“
unutrašnja memorija koja ima veliku brzinu

napravljena od statičke RAM memorije.

Obično se sastoji
od šest povezanih tranzistora

kojima ne treba osvežavanje.

SRAM je najbrža memorija
u kompjuterskom sistemu,

ali je i najskuplja

i zauzima tri puta više prostora
od DRAM memorije.

Međutim, RAM memorija i keš mogu
da čuvaju podatke samo dok ima napajanja.

Da bi se podaci zadržali
kad je uređaj isključen,

oni se moraju prebaciti
u dugotrajni nosač podataka

koji se javlja u tri glavna oblika.

U magnetnom nosaču podataka,
koji je najjeftiniji,

podaci se čuvaju
u obliku koncentričnih krugova

na magnetizovanom disku koji se okreće.

Međutim, zbog toga što disk mora
da se okrene tamo gde su podaci sačuvani

da bi ih pročitao,

latencija ovih diskova je 100 000 puta
sporija od onih u DRAM memoriji.

S druge strane, optički nosači podataka
kao što su DVD i Blu-rej

takođe koriste rotirajuće diskove,

ali sa površinskim slojem
koji odbija svetlost.

Bitovi su enkodirani u vidu
svetlih i tamnih tačaka

sa bojom koja može da se očita
pomoću lasera.

Mada su optički nosači podataka
jeftini i prenosni,

oni imaju čak i sporije latencije
od magnetnih nosača podataka,

kao i manji kapacitet.

I na kraju, najnoviji i najbrži oblici
dugotrajnih nosača podataka

su poluprovodnički diskovi (SSD)

kao što su USB memorije.

Oni nemaju pokretnih delova

i umesto toga, koriste MOSFET tranzistore

koji skladište bitove tako što zadržavaju
ili otpuštaju naelektrisanja

u svojoj specijalno konstruisanoj
unutrašnjoj strukturi.

Koliko su, dakle, pouzdane
ove milijarde bitova?

Obično mislimo da je kompjuterska memorija
stabilna i trajna,

ali, u stvari, ona se raspada vrlo brzo.

Toplota koju stvara uređaj
i njegovo okruženje

u nekom trenutku će
razmagnetisati diskove,

izbledeti boju
u optičkim nosačima podataka

i prouzrokovati curenje naelektrisanja
na gejtovima tranzistora.

Poluprovodnički diskovi
takođe imaju i dodatnu slabost.

Višestruko upisivanje na gejtu tranzistora
dovodi do njihove korozije

i na kraju ih učini neupotrebljivima.

S obzirom da je životni vek
većine nosača podataka danas

manji od deset godina,

naučnici pokušavaju da iskoriste
fizičke osobine materijala

u kvantnim razmerama

u nadi da će učiniti
memorijske uređaje bržima,

manjima

i trajnijima.

Za sada, besmrtnost je izvan domašaja,
kako ljudi, tako i kompjutera.