How computer memory works - Kanawat Senanan

Bộ nhớ máy tính làm việc như thế nào? Kanawat Senanan

Translator: Thanh Le Reviewer: Tuan Nguyen

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

Theo nhiều cách, kí ức tạo nên con người chúng ta,

helping us remember our past,

giúp ta nhớ lại quá khứ,

learn and retain skills,

học hỏi và duy trì các kĩ năng,

and plan for the future.

và lên kế hoạch cho tương lai.

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

Và đối với máy tính, vốn thường hoạt động như sự mở rộng của bản thân ta,

memory plays much the same role,

bộ nhớ cũng đóng vai trò như vậy,

whether it's a two-hour movie,

dù đó là bộ phim dài hai tiếng,

a two-word text file,

tài liệu văn bản hai từ,

or the instructions for opening either,

hay hướng dẫn mở,

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

mọi thứ trong bộ nhớ máy tính có dạng đơn vị cơ bản gọi là bit,

or binary digits.

hay các số nhị phân.

Each of these is stored in a memory cell

Mỗi bit được lưu trữ trong một ô nhớ

that can switch between two states for two possible values,

có thể chuyển đổi giữa hai trạng thái cho hai giá trị,

0 and 1.

0 và 1.

Files and programs consist of millions of these bits,

Mọi tài liệu và chương trình bao gồm hàng triệu các bit này

all processed in the central processing unit,

đều được xử lý trong đơn vị xử lý trung tâm,

or CPU,

hay CPU.

that acts as the computer's brain.

Nó hoạt động như bộ não máy tính.

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

Và khi số lượng bit cần xử lý gia tăng theo cấp số nhân,

computer designers face a constant struggle

lập trình viên luôn vật lộn

between size, cost, and speed.

giữa kích thước, chi phí và tốc độ.

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

Như chúng ta, máy tính có bộ nhớ ngắn hạn cho những công việc tạm thời,

and long-term memory for more permanent storage.

và bộ nhớ dài hạn cho việc lưu trữ lâu dài.

When you run a program,

Khi bạn chạy một chương trình,

your operating system allocates area within the short-term memory

hệ điều hành của bạn phân chia các vùng trong trí nhớ ngắn hạn

for performing those instructions.

để thực hiện những chỉ dẫn đó.

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

Ví dụ, khi bạn bấm một phím trên trình xử lý văn bản,

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

CPU sẽ truy cập một trong những nơi này để gọi ra những bit dữ liệu.

It could also modify them, or create new ones.

Nó cũng có thể sửa đổi chúng, hoặc tạo ra những cái mới.

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

Thời gian để thực hiện việc này được gọi là độ trễ của bộ nhớ.

And because program instructions must be processed quickly and continuously,

Và bởi vì các chương trình hướng dẫn phải được xử lý nhanh và liên tục,

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

mọi nơi trong bộ nhớ ngắn hạn có thể được truy cập theo bất kỳ trình tự nào.

hence the name random access memory.

Do đó mà có cái tên bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM).

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

Loại RAM phổ biến nhất là RAM động, hay DRAM.

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

Ở đó, mỗi ô nhớ chứa một linh kiện bán dẫn và một tụ điện

that store electrical charges,

để lưu trữ điện tích,

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

một số 0 khi không nạp điện, và một số 1 khi được nạp điện.

Such memory is called dynamic

Bộ nhớ như vậy được gọi là động

because it only holds charges briefly before they leak away,

vì nó chỉ giữ điện tích lại một lát trước khi chúng bị rò đi,

requiring periodic recharging to retain data.

cần được nạp điện định kỳ để giữ dữ liệu.

But even its low latency of 100 nanoseconds

Nhưng dù nó có độ trễ thấp 100 nanô giây

is too long for modern CPUs,

thì vẫn quá lâu đối với các CPU hiện đại,

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

nên cũng có một bộ nhớ đệm nhỏ, tốc độ cao

made from static RAM.

được làm từ RAM tĩnh.

That's usually made up of six interlocked transistors

Nó thường có cấu tạo bao gồm sáu linh kiện bán dẫn có khóa liên động

which don't need refreshing.

không cần nạp điện.

SRAM is the fastest memory in a computer system,

SRAM (RAM tĩnh) là bộ nhớ nhanh nhất trong hệ thống máy tính,

but also the most expensive,

nhưng cũng là loại đắt nhất,

and takes up three times more space than DRAM.

và chiếm không gian nhiều gấp ba lần DRAM.

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

Nhưng RAM và bộ nhớ đệm chỉ có thể giữ dữ liệu khi được nạp điện.

For data to remain once the device is turned off,

Để dữ liệu được giữ lại khi tắt thiết bị,

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

nó được chuyển vào một thiết bị lưu trữ dài hạn

which comes in three major types.

bao gồm ba loại chính.

In magnetic storage, which is the cheapest,

Trong bộ nhớ từ, loại rẻ nhất,

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

dữ liệu được lưu trữ như một mô hình từ tính trên đĩa quay tráng phim từ.

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

Nhưng vì đĩa phải được quay đến nơi dữ liệu được lưu trữ

in order to be read,

để được đọc,

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

độ trễ cho những ổ đĩa như vậy trễ hơn của DRAM 100.000 lần.

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

Mặt khác, bộ nhớ quang học như DVD hay Blu-ray

also uses spinning discs,

cũng sử dụng đĩa quay,

but with a reflective coating.

nhưng với một lớp tráng phản chiếu.

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

Bit được mã hóa thành điểm sáng và tối và dùng thuốc nhuộm có thể đọc bằng laze.

While optical storage media are cheap and removable,

Trong khi các phương tiện bộ nhớ quang rất rẻ và dễ tháo gỡ,

they have even slower latencies than magnetic storage

chúng lại có độ trễ chậm hơn bộ nhớ từ tính

and lower capacity as well.

và dung lượng cũng thấp hơn.

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

Cuối cùng, những loại bộ nhớ dài hạn mới nhất và nhanh nhất là các ổ đĩa rắn,

like flash sticks.

như USB.

These have no moving parts,

Chúng không có bộ phận chuyển động,

instead using floating gate transistors

thay vào đó sử dụng linh kiện bán dẫn có cổng nổi

that store bits by trapping or removing electrical charges

lưu trữ các bit bằng cách giữ lại hoặc loại bỏ điện tích

within their specially designed internal structures.

trong những kết cấu bên trong được thiết kế đặc biệt.

So how reliable are these billions of bits?

Vậy hàng triệu bit này có độ tin cậy như thế nào?

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

Chúng ta có xu hướng nghĩ bộ nhớ máy tính là ổn định và lâu dài,

but it actually degrades fairly quickly.

những thật ra nó xuống cấp khá nhanh.

The heat generated from a device and its environment

Nhiệt tỏa ra từ thiết bị và môi trường xung quanh

will eventually demagnetize hard drives,

rốt cuộc sẽ khử từ tính ổ cứng,

degrade the dye in optical media,

làm xuống cấp thuốc nhuộm của phương tiện quang học,

and cause charge leakage in floating gates.

và gây ra rò rỉ điện từ trong cổng nổi.

Solid-state drives also have an additional weakness.

Ổ đĩa rắn cũng có những điểm yếu.

Repeatedly writing to floating gate transistors corrodes them,

Viết liên tục lên linh kiện bán dẫn có cổng nổi sẽ làm chúng hao mòn,

eventually rendering them useless.

cuối cùng sẽ khiến chúng vô dụng.

With data on most current storage media

Với dữ liệu trên hầu hết phương tiện lưu trữ

having less than a ten-year life expectancy,

có tuổi thọ dưới 10 năm như hiện nay,

scientists are working to exploit the physical properties of materials

các nhà khoa học đang tìm cách khai thác thành phần vật lý của các vật liệu

down to the quantum level

xuống cấp độ lượng tử

in the hopes of making memory devices faster,

với hy vọng làm cho thiết bị bộ nhớ nhanh hơn,

smaller,

nhỏ hơn,

and more durable.

và bền bỉ hơn.

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

Tạm thời, sự bất tử vẫn ở ngoài tầm với, của cả con người và máy tính.