How computer memory works - Kanawat Senanan

Переводчик: Ivan Khozyainov Редактор: Natalia Ost

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

Во многом именно память делает нас теми, кто мы есть,

helping us remember our past,

помогает помнить прошлое,

learn and retain skills,

учиться новым навыкам, не забывать их

and plan for the future.

и строить планы на будущее.

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

Для компьютеров, которые зачастую являются продолжением нас самих,

memory plays much the same role,

память играет ту же роль:

whether it's a two-hour movie,

будь то двухчасовой фильм,

a two-word text file,

текстовый файл с парой слов

or the instructions for opening either,

или программные команды —

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

в памяти компьютера всё принимает форму базовых элементов, битов,

or binary digits.

или так называемых двоичных чисел.

Each of these is stored in a memory cell

Каждый бит хранится в ячейке памяти

that can switch between two states for two possible values,

и может переключаться между двумя возможными значениями:

0 and 1.

0 или 1.

Files and programs consist of millions of these bits,

Файлы и программы состоят из миллионов таких битов,

all processed in the central processing unit,

которые обрабатываются в центральном процессоре,

or CPU,

или сокращённо ЦП —

that acts as the computer's brain.

«мозге» компьютера.

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

Количество обрабатываемых бит растёт экспоненциально,

computer designers face a constant struggle

и компьютерные инженеры вынуждены постоянно выбирать

between size, cost, and speed.

между размером, ценой и скоростью.

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

Как и мы, компьютеры обладают кратковременной памятью для текущих задач

and long-term memory for more permanent storage.

и долговременной памятью для постоянного хранения.

When you run a program,

Когда вы запускаете программу,

your operating system allocates area within the short-term memory

операционная система выделяет область в кратковременной памяти

for performing those instructions.

для выполнения программных команд.

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

Например, когда вы нажимаете на клавишу в текстовом редакторе,

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

процессор получает доступ к выделенной области, чтобы получить биты данных.

It could also modify them, or create new ones.

Он также может изменять их или создавать новые.

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

Время, которое занимают такие операции, называется «латентностью памяти».

And because program instructions must be processed quickly and continuously,

Так как команды должны обрабатываться быстро и непрерывно,

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

то ко всем областям кратковременной памяти можно получить доступ в любом порядке,

её называют запоминающим устройством с произвольным доступом [англ. RAM].

hence the name random access memory.

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

Самый распространённый тип такой памяти — это динамическая память, или DRAM.

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

Каждая ячейка этой памяти состоит из крошечного транзистора и конденсатора,

that store electrical charges,

который хранит электрический заряд

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

и принимает значение 0, когда нет заряда, или 1, когда он есть.

Such memory is called dynamic

Такая память называется динамической,

because it only holds charges briefly before they leak away,

так как электрический заряд недолговечен

requiring periodic recharging to retain data.

и для сохранения данных требуется периодическая подзарядка.

But even its low latency of 100 nanoseconds

Но даже низкая латентность в 100 наносекунд

is too long for modern CPUs,

является слишком долгой для современных процессоров.

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

Поэтому ещё есть небольшая сверхоперативная внутренняя память — кэш,

made from static RAM.

образованная из статической памяти RAM.

That's usually made up of six interlocked transistors

В такой памяти — шесть взаимосвязанных транзисторов,

which don't need refreshing.

не требующих перезарядки.

SRAM is the fastest memory in a computer system,

Статическая память RAM — самая быстрая память в компьютере,

but also the most expensive,

но она же и самая дорогая

and takes up three times more space than DRAM.

и занимает в три раза больше места, чем динамическая RAM.

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

Но оперативная память и кэш сохраняют данные, только когда подаётся питание.

For data to remain once the device is turned off,

Для сохранения данных после выключения питания

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

их требуется перенести на устройство долговременного хранения.

which comes in three major types.

В основном такие устройства бывают трёх видов.

In magnetic storage, which is the cheapest,

При магнитных носителях — это самый дешёвый вид —

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

данные наносятся последовательно на вращающийся диск с магнитным покрытием.

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

Но поскольку диску нужно вращаться, чтобы считывать данные

in order to be read,

из определённой области,

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

то латентность у таких устройств в 100 000 раз больше, чем у DRAM.

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

С другой стороны, оптические диски вроде DVD или Blu-ray

also uses spinning discs,

также используют вращающиеся диски,

but with a reflective coating.

но с отражающим покрытием.

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

Биты представлены в виде светлых и тёмных пятен красителя,

которые считываются лазером.

While optical storage media are cheap and removable,

И хотя оптические диски дешёвые и мобильные,

they have even slower latencies than magnetic storage

они ещё медленнее и менее вместимые,

and lower capacity as well.

чем магнитные диски.

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

И наконец, самый новый и быстрый тип устройств долговременного хранения —

твердотельные накопители

like flash sticks.

вроде флеш-карт.

These have no moving parts,

У них нет подвижных частей,

instead using floating gate transistors

вместо этого они используют транзисторы с плавающим затвором,

that store bits by trapping or removing electrical charges

которые сохраняют биты, захватывая или удаляя электрические заряды

within their specially designed internal structures.

в специальных внутренних структурах.

So how reliable are these billions of bits?

Так насколько надёжны эти миллиарды бит?

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

Мы привыкли считать, что компьютерная память стабильна и долговечна,

but it actually degrades fairly quickly.

но на самом деле она очень быстро изнашивается.

The heat generated from a device and its environment

Тепло, которое выделяется устройством и его окружением

will eventually demagnetize hard drives,

в конечном счёте размагничивает жёсткие диски,

degrade the dye in optical media,

стирает покрытие оптических дисков

and cause charge leakage in floating gates.

и может вызывать потерю заряда в транзисторах.

Solid-state drives also have an additional weakness.

Твердотельные накопители имеют ещё и другую слабость.

Repeatedly writing to floating gate transistors corrodes them,

Постоянная перезапись в транзисторах с плавающим затвором разрушает их,

eventually rendering them useless.

делая бесполезными.

With data on most current storage media

У большинства современных носителей информации

having less than a ten-year life expectancy,

ожидаемый срок службы составляет меньше десяти лет.

scientists are working to exploit the physical properties of materials

Учёные работают над изучением физических свойств материалов

down to the quantum level

вплоть до квантового уровня

in the hopes of making memory devices faster,

в надежде сделать компьютерную память быстрее,

smaller,

меньше

and more durable.

и долговечнее.

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

Но пока бессмертие недосягаемо ни для людей, ни для компьютеров.