How computer memory works - Kanawat Senanan

Vertaald door: Tahlia Flora Nagekeken door: Axel Saffran

In many ways, our memories make us who we are,

In vele opzichten is het geheugen wat ons maakt tot wie we zijn:

het helpt ons herinneringen terug te halen,

helping us remember our past,

learn and retain skills,

vaardigheden te leren en onthouden

and plan for the future.

en plannen te maken voor de toekomst.

And for the computers that often act as extensions of ourselves,

En voor computers die vaak fungeren als een verlengstuk van onszelf

memory plays much the same role,

speelt geheugen vrijwel dezelfde rol.

whether it's a two-hour movie,

Zij het een twee-urige film,

a two-word text file,

een tekstbestand van twee woorden,

or the instructions for opening either,

ofwel de instructies om deze bestanden te openen;

everything in a computer's memory takes the form of basic units called bits,

alles in een computergeheugen

is opgebouwd uit basiselementen die bits

or binary digits.

of binaire cijfers heten.

Each of these is stored in a memory cell

Elk van hen is opgeslagen in een geheugencel

that can switch between two states for two possible values,

die schakelt tussen twee toestanden voor twee mogelijke waarden;

0 and 1.

nul en één.

Documenten en programma's bevatten miljoenen van deze bits,

Files and programs consist of millions of these bits,

all processed in the central processing unit,

die allemaal verwerkt zijn in de centrale verwerkingseenheid,

or CPU,

of CPU,

that acts as the computer's brain.

die fungeert als het brein van de computer.

And as the number of bits needing to be processed grows exponentially,

Naarmate het aantal bits dat moet worden verwerkt

exponentieel toeneemt,

computer designers face a constant struggle

rivaliseren computerontwerpers continu met elkaar

between size, cost, and speed.

om het formaat, de kostprijs en de processorsnelheid.

Like us, computers have short-term memory for immediate tasks,

Net als wij hebben computers een kortetermijngeheugen

om directe taken uit te voeren

and long-term memory for more permanent storage.

en een langetermijngeheugen om bestanden permanent op te slaan.

When you run a program,

Wanneer je een programma draait,

your operating system allocates area within the short-term memory

wijst je besturingssysteem het gebied toe in het kortetermijngeheugen

for performing those instructions.

om die instructies uit te voeren.

For example, when you press a key in a word processor,

Als je bijvoorbeeld een toets indrukt in een tekstverwerker,

the CPU will access one of these locations to retrieve bits of data.

heeft de CPU toegang tot een van deze locaties om databits op te halen.

It could also modify them, or create new ones.

Ze kan die ook bewerken of nieuwe databits creëren.

The time this takes is known as the memory's latency.

De tijdsduur hiervan wordt de latentie van het geheugen genoemd.

And because program instructions must be processed quickly and continuously,

En omdat programma-instructies snel en continu verwerkt moeten worden

all locations within the short-term memory can be accessed in any order,

zijn alle locaties in het kortetermijngeheugen

willekeurig toegankelijk,

hence the name random access memory.

vandaar de naam 'willekeurig toegankelijk geheugen'.

The most common type of RAM is dynamic RAM, or DRAM.

Het meest voorkomende type RAM is dynamische RAM of DRAM.

There, each memory cell consists of a tiny transistor and a capacitor

Daar bevat elke geheugencel een minuscule transistor en condensator

that store electrical charges,

die elektrische ladingen opslaan,

a 0 when there's no charge, or a 1 when charged.

een nul als er geen lading is, of een één als er wel lading is.

Such memory is called dynamic

Men noemt dit dynamisch geheugen

because it only holds charges briefly before they leak away,

omdat het enkel voor korte tijd ladingen vasthoudt voordat ze weglekken,

requiring periodic recharging to retain data.

waardoor ze periodiek opgeladen moeten worden om data te behouden.

But even its low latency of 100 nanoseconds

Maar zelfs zijn lage latentie van 100 nanoseconden

is too long for modern CPUs,

duurt te lang voor moderne CPUs,

so there's also a small, high-speed internal memory cache

en dus is er ook een klein, razendsnel ingebouwd cache-geheugen

made from static RAM.

gemaakt van statistische RAM.

That's usually made up of six interlocked transistors

Dat bestaat meestal uit zes gekoppelde transistoren

which don't need refreshing.

die niet ververst hoeven te worden.

SRAM is the fastest memory in a computer system,

SRAM is het snelste geheugen in een computersysteem

but also the most expensive,

maar ook het duurste,

and takes up three times more space than DRAM.

en het neemt drie keer zoveel ruimte in beslag dan DRAM.

But RAM and cache can only hold data as long as they're powered.

Maar RAM en cache kunnen alleen data vasthouden zolang ze onder spanning staan.

For data to remain once the device is turned off,

Om data te behouden wanneer het apparaat uitstaat,

it must be transferred into a long-term storage device,

moet het worden overgezet naar een lange-termijn opslagmedium,

which comes in three major types.

dat beschikbaar is in drie hoofdcategorieën.

In magnetic storage, which is the cheapest,

Bij magnetische opslag, de goedkoopste methode,

data is stored as a magnetic pattern on a spinning disc coated with magnetic film.

is data opgeslagen in magnetische patronen

op een ronddraaiende schijf die voorzien is van een laag magneetfolie.

But because the disc must rotate to where the data is located

Maar omdat de schijf moet roteren naar waar de data zich bevindt,

opdat ze gelezen kan worden,

in order to be read,

the latency for such drives is 100,000 times slower than that of DRAM.

is de latentie voor zulke schijven 100.000 keer trager dan die van DRAM.

On the other hand, optical-based storage like DVD and Blu-ray

Optische opslagmedia daarentegen, zoals dvd's en blu-ray

also uses spinning discs,

maken ook gebruik van ronddraaiende schijven,

but with a reflective coating.

maar die bevatten een reflecterende laag.

Bits are encoded as light and dark spots using a dye that can be read by a laser.

Bits zijn gecodeerd als lichte en donkere vlekken

door middel van een kleurstof, die een laser kan aflezen.

While optical storage media are cheap and removable,

Hoewel optische opslagmedia goedkoop en verwijderbaar zijn,

they have even slower latencies than magnetic storage

bevatten ze zelfs tragere latenties dan magnetische opslag

and lower capacity as well.

en ook een lagere capaciteit.

Finally, the newest and fastest types of long-term storage are solid-state drives,

Tot slot is er de nieuwste en snelste langetermijnopslag:

solid state drives,

like flash sticks.

zoals USB-sticks.

These have no moving parts,

Die bevatten geen bewegende delen

instead using floating gate transistors

maar gebruiken zwevende poorttransistoren

that store bits by trapping or removing electrical charges

die bits opslaan door elektrische ladingen te vangen of te verwijderen

within their specially designed internal structures.

binnen hun speciaal ontworpen interne structuren.

So how reliable are these billions of bits?

Hoe betrouwbaar zijn deze miljarden bits dan?

We tend to think of computer memory as stable and permanent,

We zijn geneigd te denken dat computergeheugen stabiel en permanent is,

but it actually degrades fairly quickly.

maar eigenlijk verslechtert het tamelijk snel.

The heat generated from a device and its environment

De warmteproductie van een apparaat en zijn omgeving

will eventually demagnetize hard drives,

zal uiteindelijk harde schijven demagnetiseren,

degrade the dye in optical media,

de kleurstof aantasten in optische media

and cause charge leakage in floating gates.

en een spanningslek veroorzaken in zwevende poorten.

Solid-state drives also have an additional weakness.

Solid-state drives hebben nog een bijkomend zwak punt.

Repeatedly writing to floating gate transistors corrodes them,

Het herhaaldelijk overschrijven naar zwevende poorttransistoren tast ze aan,

eventually rendering them useless.

waardoor ze uiteindelijk onbruikbaar worden.

With data on most current storage media

Gezien data op de meeste recente opslagmedia

having less than a ten-year life expectancy,

een levensverwachting heeft van minder dan tien jaar,

scientists are working to exploit the physical properties of materials

werken wetenschappers eraan om de fysieke eigenschappen van materialen

down to the quantum level

op kwantum-niveau te benutten

in the hopes of making memory devices faster,

in de hoop om geheugenmedia

smaller,

sneller, kleiner en duurzamer te maken.

and more durable.

For now, immortality remains out of reach, for humans and computers alike.

Voorlopig blijft onsterfelijkheid onbereikbaar

voor zowel mens als computer.