оперативная память

Постов: 13 Рейтинг: 31340
4449

Австралийские ученые нашли способ вернуть память

Развернуть
Австралийские ученые нашли способ вернуть память
3957

Хороший клей

Развернуть
Хороший клей
Хороший клей
Нашел на работе _(ツ)_/¯
671

История оперативной памяти

Развернуть
Мы давно привыкли к тому, что модуль оперативной памяти выглядит как небольшая плата с микросхемами. Но так, конечно же, было далеко не всегда. На заре компьютерной эры существовало множество видов оперативной памяти, совершенно не похожих друг на друга. Достаточно сказать, что за время перехода от первого поколения ЭВМ (на электронных лампах) ко второму (на транзисторах) сменилось не менее пяти технологий ОЗУ. Из этого поста вы узнаете, какие причудливые формы порой принимала такая вроде бы знакомая вещь, как «оперативка».
История оперативной памяти
1. Конденсаторы

Создателем первого компьютера в современном понимании этого слова принято считать немецкого инженера Конрада Цузе. Ещё в 30-е годы, работая в одиночку, он сумел спроектировать и построить в гостиной родительского дома устройство, способное автоматически выполнять различные вычисления по заданной программе. Машина, получившая название Z1, была электромеханической и потому не фигурирует в списках первых ЭВМ (электронных вычислительных машин). При этом она работала в двоичной системе счисления, как и современные компьютеры, а не в двоично-десятичной, как знаменитый ENIAC, созданный почти десятью годами позже.
История оперативной памяти
Оперативная память Z1 была организована на конденсаторах, причём не покупных, а разработанных самим изобретателем. Конструкция, в которой чередовались слои стекла и металлические пластины, позволяла хранить 64 вещественных числа, каждое из которых состояло из 14 бит мантиссы и 8 бит, отводившихся под знак и порядок.

Стоит отметить, что эта вычислительная машина работала ненадёжно из-за низкой точности изготовления деталей, и последующие свои конструкции (Z2–Z4) Цузе создавал на базе выпускавшихся промышленностью телефонных реле.

В 1987–1989 гг. пожилой Цузе воссоздал компьютер Z1, утраченный во время войны, и теперь его рабочая копия выставлена в Немецком техническом музее. По ссылке доступна интерактивная панорама, позволяющая рассмотреть компьютер со всех сторон.
2. Электронные лампы

Первые ЭВМ, например, вышеупомянутый ENIAC или отечественная БЭСМ, использовали электронные лампы как для вычислений, так и для промежуточной записи команд и операндов. Чтобы хранить один бит данных, нужна была одна запоминающая ячейка (триггер), собранная на двух триодах. В ЭВМ ставили двойные триоды, у которых в одном баллоне размещались, по сути, две независимые электронные лампы, поэтому можно упрощённо говорить, что для хранения N бит информации требовалось N электронных ламп (без учёта обвязки).

Неудивительно, что эти машины имели огромный размер и потребляли колоссальное количество энергии. БЭСМ содержала около 4000 электронных ламп, а ENIAC — почти
18 000. Дело в том, что, в отличие от чисто двоичной БЭСМ, ENIAC использовал весьма своеобразную двоично-десятичную систему представления чисел. Младшие 5 битов в ней кодировали число от 0 до 4 в унитарной системе счисления (когда значение определяет номер позиции, на которой в коде стоит единица, — скажем, 01000 означает 3, а 00001 — 0), а два старших бита определяли определяли, нужно ли прибавлять к этому числу пятёрку (10 — да, 01 — нет).

В итоге запоминающая ячейка ENIAC всего лишь на одну десятичную цифру (правда, объединённая со счётчиком) выглядела вот так:
История оперативной памяти
Запоминающая ячейка БЭСМ на 1 бит тоже особой компактностью не отличалась:
История оперативной памяти
Хотя у меня есть подозрение, что подпись к этой фотографии из музея неверна, и на ней — тоже не просто запоминающая, а суммирующая ячейка. Дело в том, что у БЭСМ были и двухламповые ячейки, которые, скорее всего, как раз представляли собой просто триггеры. Но информации по ним я в интернете не нашёл, а запрос в музей ИТМиВТ остался без ответа.

3. «Трубка Уильямса»

Очень любопытный тип памяти, впервые использованный в английском компьютере SSEM (Manchester Small-Scale Experimental Machine, «Манчестерская малая экспериментальная машина». Хотя правильнее будет сказать, что это компьютер SSEM был построен для тестирования памяти на «трубке Уильямса».
История оперативной памяти
Созданный в 1948 году, он оказался первым в мире электронным компьютером, построенным по принципу совместного хранения данных и программ в памяти (фон-неймановская архитектура). Также это была первая универсальная ЭВМ в Великобритании (созданный ранее компьютер Colossus, хотя и имел ограниченные возможности программирования, всё-таки предназначался для одной узкой задачи — взлома немецкого шифра Lorenz SZ).

«Трубка Уильямса» — это, по сути, обычная электронно-лучевая трубка, на экране которой рисуется двумерный массив из точек или тире. В зависимости от того, какой элемент был нарисован, на люминофоре образуются разные заряды. Чтобы прочитать информацию, на участки экрана, соответствующие ячейкам массива, нужно снова направить электронный луч. Все ячейки получат положительный заряд, но изменение заряда будет разным для точек и тире. Электрод на внешней стороне экрана позволяет отследить эту разницу и получить значение прочитанного бита. Если информацию не нужно менять, при следующем проходе луча по ячейкам их значения восстанавливают. Таким образом, трубка Уильямса представляет собой динамическую (постоянно обновляемую) память.
История оперативной памяти
Что интересно, на такую трубку, в принципе, можно было выводить изображения, в том числе движущиеся, если последовательно записывать в память соответствующие значения. «Разрешение» составляло 32 x 32 элемента (1024 бит памяти).

В 1998 году с использованием оригинальных компонентов была построена реплика компьютера SSEM, которую теперь можно увидеть в Манчестерском музее науки и промышленности.

4. Декатроны

О компьютере, в котором использовалась такая память, у меня был отдельный пост. Это Harwell Dekatron, или WITCH, единственный компьютер первого поколения, сохранившийся до наших дней в рабочем состоянии. Он использует чисто десятичную систему счисления, и для хранения информации в нём используются декатроны — газоразрядные десятичные счётчики.
История оперативной памяти
Колба декатрона заполнена инертным газом (обычно — неоном, поэтому при работе они светятся оранжево-красным светом). Вокруг центрального дискового анода расположены десять изолированных индикаторных катодов, а между каждой парой соседних индикаторных катодов — два так называемых подкатода. Подавая в нужном порядке на анод и подкатоды импульсы напряжения, можно заставлять разряд либо «перескакивать» с катода на катод (что соответствует увеличению/уменьшению хранимого значения на 1, или операции записи), либо переходить с катода на анод (что соответствует операции чтения).

Поскольку разработчики компьютеров почти сразу отказались от десятичной системы счисления, оперативная память на декатронах быстро стала достоянием истории, хотя в других областях декатроны использовались ещё много лет.

5. Ртутные линии задержки.

Это, пожалуй, самая брутальная технология из всех, что будут рассмотрены в этом посте. Такую линию задержки можно представить себе как длинную заполненную ртутью колбу, на концах которой расположены пьезоэлементы — передатчик и приёмник. Передатчик возбуждает акустические колебания в ртути, и по ней бегут волны, как от камня, брошенного в воду. Когда колебания достигают приёмника, они усиливаются, при необходимости изменяются и вновь подаются на вход той же линии. Таким образом получается, что по линии задержки постоянно циркулирует пакет данных, представленный в виде цепочки волн. Память на линиях задержки не является дискретной и может хранить как цифровую, так и аналоговую информацию, что использовалось, например, в первых радарах.
История оперативной памяти
Ртуть была выбрана благодаря тому, что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов, а скорость распространения звуковых волн в ней выше, чем в других жидкостях.

Такая память была сложна в производстве, требовала тонкой настройки, представляла опасность в случае повреждения, нуждалась в системах поддержания постоянной температуры, а главное — предполагала только последовательный доступ (то есть приходилось ждать, пока на выходе линии задержки появится нужная информация). Почему же при таком огромном наборе недостатков её использовали? Всё дело в экономичности и надёжности. Одна ртутная линия задержки могла хранить несколько сотен бит информации (скажем, 576 бит в компьютере EDSAC). Чтобы реализовать такой же объём памяти на триггерах, понадобилось бы больше тысячи электронных ламп, которые занимали бы больше места и потребляли бы больше энергии, а главное — регулярно бы перегорали. Ртутные же линии, при всей их сложности, после грамотной настройки работали очень долго.
История оперативной памяти
На фотографии запечатлён один блок «ртутной» памяти компьютера UNIVAC I (1951 г., США). Этот барабан содержал 18 трубок, по каждой из которых постоянно циркулировало 120 бит данных, а всего барабанов было 7. Время доступа к памяти составляло 222 мкс.

В 1953 г. оперативная память на ртутных трубках объёмом 1024 слова (по 39 бит в каждом) появилась и у отечественной БЭСМ.

6. Селектроны

Если трубка Уильямса и ртутные линии задержки считаются прототипами динамической памяти (DRAM), то следующее устройство можно назвать одним из прототипов статической памяти (SRAM).

Это — селектрон, особая электронная лампа, разработанная компанией RCA (кстати, под руководством небезызвестного В. К. Зворыкина) в конце 40-х — начале 50-х годов. На фоне памяти на триггерах, где одна электронная лампа была способна хранить в лучшем случае один бит данных, возможности этого устройства казались фантастическими: один селектрон мог иметь внутри матрицу ёмкостью до 4096 бит! Время доступа к информации при этом было на порядок меньше, чем у ртутной памяти (называлась цифра в 16 мкс).
История оперативной памяти
Селектрон сочетает в себе признаки электронно-лучевой трубки и обычной электронной лампы: у него есть покрытый люминофором экран и управляющие сетки, точнее решётки из скрещённых узких металлических полосок с отверстиями, образующих ряд «окон». Окно, к которому подводится напряжение, открывается для прохождения электронного луча к фосфорному экрану для записи или чтения информации.

Впечатление о компактности памяти на селектронах всё-таки немного обманчиво. Им требовалась довольно громоздкая обвязка, и на фотографии можно увидеть, как выглядело запоминающее устройство на 256-битных селектронах.
История оперативной памяти
7. Магнитные барабаны

Магнитные барабаны являются прародителями современных жёстких дисков, только информация в них записывается не на основание, а на боковую поверхность цилиндра. Вы можете спросить, что же они тогда делают в списке технологий оперативной памяти. Действительно, мы привыкли к тому, что магнитные накопители используются для долговременного хранения данных. Тем не менее, в некоторых ранних компьютерах (особенно относившихся к «бюджетному» классу малых ЭВМ) магнитные барабаны использовались и в качестве оперативки. Первым таким компьютером, судя по всему, был узкоспециализированный «Atlas» производства ERA, разработанный в 1950 г. В дальнейшем память на магнитном барабане встречалась в IBM 650, Univac Scientific 1103, а также первой крупносерийной отечественной ЭВМ «Урал».
История оперативной памяти
На фотографии из Политехнического музея — как раз тот самый барабан. Он позволял хранить всего 1024 36-разрядных слова, что в 10 раз меньше, чем у американского «Атласа». Ёмкость была принесена в жертву быстродействию: за счёт высокой скорости вращения (100 оборотов в секунду) и крупного формата записи удалось получить среднее время обращения на уровне 8 мс. Впрочем, это всё равно было в разы больше, чем у других видов памяти — что поделаешь, ограничение системы с подвижными деталями. Поэтому в высокопроизводительных ЭВМ память на магнитных барабанах никогда не использовалась в качестве оперативной. Обычно ей отводилась роль буфера между оперативной и долговременной памятью.

8. Ферритовые сердечники

Появление памяти на магнитных сердечниках, или ферритовой памяти, ознаменовало наступление новой эпохи. Идею такого ОЗУ предложил Джон Преспер Экерт (один из разработчиков ENIAC) в 1945 г., а первые практические реализации появились в начале 50-х. Патент на ферритовую память получили американские инженеры китайского происхождения Ван Ань и Во Вайдун в 1955 г.

Внешне память на магнитных сердечниках представляет собой матрицу из ферритовых элементов (обычно колец), пронизанных проволочками.
История оперативной памяти
Принцип её работы основан на свойствах ферромагнитного материала, который может находиться в двух устойчивых состояниях намагниченности — +B и –В. Чтобы перемагнитить такой элемент, необходимо в проводниках, на пересечении которых он находится, возбудить магнитное поле величиной не менее H. Для этого в «вертикальном» и «горизонтальном» проводниках возбуждается поле величиной H/2. Оно не может изменить состояние какого-либо иного элемента строки или столбца, кроме того единственного, который находится на пересечении этих проводников и для которого величина магнитного поля складывается, давая H.

Для считывания информации используется третий провод, который змейкой проходит через все сердечники.
История оперативной памяти
Чтобы прочитать содержимое ячейки, в проводниках нужно возбудить отрицательное поле величиной –H/2. Тогда кольцо, находившееся в состоянии +В, перемагнитится в состояние
–В, и на считывающем проводе наведётся ЭДС, соответствующая значению «1». А кольцо, находившееся в состоянии –В, не перемагнитится, и на считывающем проводе никакого сигнала не появится, что компьютер истолкует как значение «0». Таким образом, чтение информации из памяти на ферритовых кольцах — разрушающее, то есть после считывания какой-либо ячейки требуется её регенерация.

По сравнению со всеми предшественниками ферритовая память была колоссальным шагом вперёд в плане простоты, компактности и энергоэффективности. Неудивительно, что она «прописалась» в компьютерах на добрых два десятилетия, а в отдельных системах, где требовалась стойкость к воздействию радиации (например, в космосе), применялась до 1990-х годов.

Вытеснила её уже привычная нам память на микросхемах, но это — уже совсем другая история...
1439

На добрую память

Развернуть
Вычислительная техника не всегда была миниатюрной. На этой фотографии показана эволюция оперативной памяти ЭВМ первого и второго поколения. Девушка слева держит запоминающую ячейку от первого электронного компьютера ENIAC, способную хранить одну десятичную цифру (от 0 до 9). Представьте, сколько нужно было таких ячеек (каждая из которых содержала 36 электронных ламп), чтобы компьютер мог выполнять хоть какие-то расчёты. Следом идёт блок памяти уже двоичного EDVAC, имеющий ёмкость 4 или 8 бит. У третьей девушки в руках блок памяти на ртутных линиях задержки, которая по принципу действия напоминала радар. Одна линия такой памяти могла хранить уже сотни бит информации (например, 576 бит в компьютере EDSAC). И, наконец, девушка справа демонстрирует модуль памяти одной из первых транзисторных ЭВМ. Прогресс налицо, хотя до современных чипов DRAM ещё идти и идти... Я вспоминаю об этой фотографии всякий раз, когда вижу, что какая-нибудь ерундовая программка отъедает сотню-другую мегабайт памяти.
На добрую память
Если посты такого формата вам интересны, я могу время от времени публиковать занимательные факты о старых компьютерах.
1714

Chrome 55 сократил потребление памяти на 30%

Развернуть
Chrome 55 сократил потребление памяти на 30%
Компания Google выкатила новую версию браузера Chrome 55. Это обновление порадует пользователей Chrome как никакое другое, потому что разработчики провели очень серьёзную работу по оптимизации расхода оперативной памяти. Потребление ОЗУ на вкладках с включенным или отключенным блокировщиком рекламы сократилось примерно на 30%.
Например, сайт с прогнозом погоды Weather.com в браузере теперь занимает не 340 МБ, а всего лишь 250 МБ. Главная страница Reddit.com ужалась примерно со 160 МБ до 110 МБ.


Chrome 55 сократил потребление памяти на 30%
1896

Сага о ферритовых кольцах

Развернуть
Оперативка сейчас почти у каждого есть, только открой крышку системного блока или ноутбука и наслаждайся зрелищем.
Сага о ферритовых кольцах
Роясь в закромах, нашел одну интересную вещь — планку оперативной памяти. Ну да, скажете вы, удивил. Да вот нифига, это не простая оперативка, а самая антикварная. Всего на один килобайт, стоявшая на самых первых ламповых, а позже первых транзисторных компьютерах.
Сага о ферритовых кольцах
Внешний вид. 8 банок по 1024 колечка в каждом — образуют 8х1024 бита или один килобайт.
А это один из банков крупным планом. Какой бисер, а ведь это все вручную собиралось!
Сага о ферритовых кольцах
Если выше плашка оперативки, то ниже "память в кубе" с несколько иным плетением.
Кубик состоял из 18 рамок, в каждой из которых было 4096 ферритовых колечек, сгруппированных в группы по 256 (квадратами 16*16). Итого 4096*18/8=9216 байт памяти.
Сага о ферритовых кольцах
Одной из фишек этой памяти то, что она может довольно длительное время хранить информацию без электричества — несколько суток. Это было полезно, когда компы были на лампах и часто ломались, чтобы не терять результат вычислений, а потом продолжить с этого же места. Такой вот хибернейт :)
Сага о ферритовых кольцах
Вот матрица ферритовой памяти суперкомпьютера . Размер 10,8 × 10,8 см, ёмкость 4096 бит. Посмотрите на нее.
Сага о ферритовых кольцах
Сравните масштабы и какое терпение должно быть у тех женщин, которые плели оперативку, словно фенечки бисером современные девушки. Да-да, такую работу поручали нашим дамам. 
Сага о ферритовых кольцах
В марте 1950 года Форрестер со своей командой разработал ферритовую память, а в мае 1951 года Форрестер подал заявку на патент, и получил его в 1956 году. 
Но время идет, и в 1970 году Intel выпустила память DRAM на полупроводниковой микросхеме. В отличие от памяти на магнитных сердечниках, память на микросхемах не требовала мощного источника питания при работе и кропотливого ручного труда при производстве, а её ёмкость росла экспоненциально согласно закону Мура. Таким образом в 1970-х годах память на магнитных сердечниках была вытеснена с рынка.
Сага о ферритовых кольцах
Однако, в отличие от полупроводников, магнитные сердечники не боялись радиации и ЭМИ, и поэтому память на магнитных сердечниках некоторое время продолжали использовать в военных и космических системах — в частности, её использовали в бортовых компьютерах Шаттлов до 1991 года.

Вот и саге конец, кто не понял - молодец!
Сага о ферритовых кольцах
5577

Браузер Chrome научился экономить оперативную память

Развернуть
Браузер Chrome научился экономить оперативную память
2972

Как Хром видит оперативную память

Развернуть
Как Хром видит оперативную память
372

Доброты и щедрости пост!

Развернуть
@TTaxep
Доброты и щедрости пост!
2329

Google Chrome vs RAM

Развернуть
Google Chrome vs RAM GIF
1307

Тыжпрограммист

Развернуть
Зазвонил телефон, беру трубку. С той стороны женщина, по голосу лет за сорок.

- Добрый день, это Никита?
- Да, вы что хотели?
- Мне Вас посоветовали, сказали что Вы очень хороший мастер по компьютерам, умеете все прошивать.
- Не все, конечно, но многое. Вас что-то конкретное интересует?
- У меня начал тормозить компьютер, сын сказал что мало оперативной памяти, всего 512мб (уже предвкушаю 400р в кармане за планку оперативки из своих запасов). Ну так вот, Вы можете мне перепрошить память, чтобы её стало 2 гб?
- Простите, что?
- Ну оперативную память перепрошить надо чтобы её побольше стало.
- Вы понимаете, это невозможно? Максимум, что я могу, так это продать Вам планку большего объёма.
- Нет, мы покупали эту память давно, за большие деньги, она ни разу не подвела, и я хочу её оставить, просто перепрошить на больший объем. Мне посоветовали Вас как хорошего специалиста, а Вы таких очевидных вещей не понимаете!
- Ещё раз повторяю, это физически невозможно!
- Ну раз не умеешь, так сразу бы и сказал! Мне же айфон перепрошили, и там сразу намного больше памяти стало! (???) Мастер х*ев! Зря только время потратила!

И ещё пару обидных слов. Я еще долго не мог понять, что сейчас произошло. Задумался.

А вообще было бы неплохо иметь возможность перепрошивать оперативку на больший объём) А вы как считаете?



2013

Вечная любовь хрома..

Развернуть
Вечная любовь хрома..
2644

Жадный Хром

Развернуть
Жадный Хром