История развития оперативной памяти

Обновлено: 09.05.2024

1833 год. Чарльз Бэббидж создает первую машину для перфокарт с памятью, которая называется аналитической машиной.

1932: Густа Таушек создает барабанную память.

1936: Конрад Цузе патентует механическую комбинированную память.

1939: Джон Атанасов и Клиффорд Берри создают электронную память с 50-битными словами.

1941: Гельмут Шрайер разрабатывает память неоновой лампы.

1947: Фредерик Вие, Ан Ван и Кеннет Олсен независимо изобрели память на магнитных сердечниках с импульсным управлением передачей.

Джей Райт Форрестер изобретает магнитный барабан случайных токов с произвольным доступом.

1949: Морис Винсент Уилкс создает первый практичный компьютер с хранимой программой и памятью на электронных лампах.

1951: Джей Форрестер патентует матричную память.

1962: изобретение виртуальной памяти Atlas.

1965: Морис Уилкс разрабатывает идею кэш-памяти компьютера.

1968: Роберт Деннард изобретает и патентует свою динамическую память с произвольным доступом, DRAM.

1969: Intel создает микросхему оперативной памяти емкостью 1 КБ.

1970: Изобретено динамическое ОЗУ MOS.

1971: Выпущена стираемая и программируемая постоянная память или EPROM.

1974: Intel получает патент на цифровую многокристальную компьютерную память.

1980: Создан дискету Winchester размером 5 1/2 дюйма.

1983: Выпуск Apple Motorola 68000 Lisa с 1 мегабайтом оперативной памяти.

1984: Toshiba изобретает флэш-память NOR и NAND.

1987: используется DRAM Fast Page Mode (FPM DRAM) 55 МГц.

1995: используется расширенная DRAM вывода данных (EDO DRAM)

1997: чаще используется синхронная динамическая память (SDRAM).

1999:

Разработана Direct Rambus DRAM (DRDRAM).
Используется псевдостатическая оперативная память (PSRAM).

2000:

Используется двойная скорость передачи данных (DDR SDRAM) 266 МГц.
Доступны флэш-накопители объемом 8 МБ.

2001:

Разработана DDR SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных 333 МГц.
Доступны флэш-накопители емкостью 16 МБ.

2002: используется DDR SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных 434 МГц.

2003:

Двойная скорость передачи данных DDR SDRAM улучшена до 500 МГц.
Доступны флэш-накопители емкостью 64 МБ.

2004: DDR SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных снова улучшена до 533 МГц.

2005:

DDR2 SDRAM достигает частоты 800 МГц.
Теперь доступны карты MicroSD емкостью 32, 64 и 128 МБ.
Представлены внешние жесткие диски емкостью 500 ГБ.

2007:

DDR3 SDRAM достигает частоты 1333 МГц.
Представлен внешний жесткий диск емкостью 1 ТБ.

2008: Sandisk разрабатывает карты памяти SDHC емкостью 32 ГБ и Micro SDHC емкостью 12 ГБ.

2010: Внешний жесткий диск емкостью 3 ТБ.

2011: Доступны флэш-накопители USB емкостью 128 ГБ.

Рассмотрите недавние улучшения памяти компьютера (хранилище и ОЗУ). Память DDR3L и DDR4 стала обычным явлением. Достижения в области технологий хранения данных позволили твердотельным накопителям стать дешевле и меньше, а емкость традиционных жестких дисков — до 10 ТиБ.

Память — это ядро логики. Будь то человек или машина, мы не можем ничего обрабатывать, если у нас нет места для хранения данных, и поэтому память всегда была одним из основных компонентов в конструкции компьютера. Когда мы говорим о памяти, большинство из нас предполагает, что мы имеем в виду оперативную память, но на самом деле все было не так.

< бр />

Итак, сегодняшняя статья будет посвящена краткой истории оперативной памяти — как она развивалась и какие основные типы памяти мы используем сегодня, например DDR3 DRAM и т. д.Я также хотел бы провести сравнение между некоторыми будущими технологиями оперативной памяти, такими как Z-RAM или TT-RAM.

Краткий обзор книг по истории

Ранние компьютеры имели совершенно иную концепцию памяти, чем та, которую мы используем сегодня. Большинство людей (тех, кто изучал информатику) знают, что они использовали электрическое устройство под названием Вакуумная лампа — что-то похожее на то, что мы используем в ЭЛТ-мониторах и телевизорах. Затем наступила эра транзисторов, созданных Bell Labs.

Транзистор стал основным компонентом современной памяти, которая началась с простых защелок — конфигурации схемы транзисторов, которая может хранить 1 бит данных. Защелки превратились в триггеры, которые можно было упаковать вместе, чтобы сформировать регистры, используемые сегодня в большинстве статических ячеек памяти. Другой подход связал транзистор с конденсатором, что позволило уменьшить и сделать динамическую память более компактной.

Основные типы памяти: SRAM и DRAM

Память можно легко разделить на две основные категории: статическое ОЗУ и динамическое ОЗУ. Как я уже говорил выше, в статической ОЗУ используется особое расположение транзисторов для создания триггера, типа ячейки памяти. Одна ячейка памяти может хранить 1 бит данных. Большинство современных ячеек SRAM состоят из шести КМОП-транзисторов и являются самым быстрым типом памяти на планете Земля.

Напротив, динамическая память состоит из одного транзистора и конденсатора, что позволяет создать сверхкомпактную ячейку памяти. С другой стороны, конденсатор необходимо обновлять через определенный период времени, чтобы сохранить заряд в конденсаторе, что приводит к задержке при доступе к памяти. Что-то, что мы называем таймингами памяти.

Хотя DRAM имеет очевидное преимущество в размере по сравнению со SRAM, ее скорость не может даже приблизиться к скорости, предлагаемой ячейками статической памяти (поскольку они не нуждаются в обновлении и всегда доступны). Вот почему более быстрая память всегда состоит из ячеек SRAM — таких как регистры в ЦП и кэши, используемые во многих устройствах. Но из-за гораздо более высоких требований к пространству SRAM стоит дорого и не может использоваться в качестве основной памяти.

С другой стороны, DRAM довольно плотная и поэтому используется в большинстве мест, где требуется не мгновенный доступ, а большая емкость, например основная память компьютера.

Асинхронная и синхронная оперативная память

Оперативную память также можно классифицировать по функциональным возможностям. Всем известно, что электронные устройства работают на переключаемых напряжениях или импульсах, которые мы называем системными часами (скорость которых мы называем частотой или тактовой частотой).

Синхронное ОЗУ может отправлять или получать данные только тогда, когда тактовый импульс входит или выходит из системы. Я объясню это более подробно позже. Доступ к асинхронному ОЗУ можно получить в любое время в течение тактового цикла, что дает очевидное преимущество перед синхронным ОЗУ.

SDRAM с одной скоростью передачи данных

С точки зрения компьютерной индустрии SDR SDRAM практически устарела. Это была одна из первых архитектур памяти, поддерживающих архитектуру синхронной памяти, и в то время она была известна только как SDRAM. Единая скорость передачи данных означает, что он может передавать одно машинное слово (16 бит для архитектуры x86) данных за один тактовый цикл. Он широко использовался в эпоху 90-х для компьютерных систем вплоть до Intel Pentium III.

Обычные стандарты памяти SDR включали PC-100 и PC-133, которые работали с тактовой частотой 100 МГц и 133 МГц соответственно.

SDRAM с двойной скоростью передачи данных

Также известная как память DDR, она была прямым преемником архитектуры SDRAM с одинарной скоростью передачи данных. DDR улучшил дизайн SDR, предоставив вдвое больше данных в течение одного тактового цикла: одно слово данных во время положительного фронта и одно слово данных во время отрицательного фронта тактового импульса. Это обеспечило значительный прирост производительности по сравнению с традиционной архитектурой. Память DDR в основном использовалась в архитектурах Intel Pentium 4 и AMD Athlon.

В маркетинговых целях тактовая частота памяти DDR всегда рекламировалась с частотой, в два раза превышающей первоначальную. Например, общие стандарты памяти для DDR включали DDR-200, DDR-266, DDR-333 и DDR-400, которые фактически имели соответствующие тактовые частоты 100 МГц, 133 МГц, 166 МГц и 200 МГц.

DDR2 SDRAM

Стандарт DDR получил огромное количество поклонников и впоследствии был улучшен для удовлетворения потребностей в высокопроизводительной памяти. Были улучшены пропускная способность памяти, тактовая частота и напряжение. Это привело к заметному улучшению общей производительности системы.DDR2 была стандартной для большинства наборов микросхем под управлением Pentium 4 Prescott и более поздних версий, включая Intel Core и AMD Athlon 64.

Распространенными стандартами памяти для DDR2 были DDR2-400, DDR2-533, DDR2-667, DDR2-800 и DDR2-1066. Все модули работают на половинной частоте, как в DDR.

DDR3 SDRAM

Спецификации DDR3 были доработаны в 2007 году и в первую очередь позволили увеличить тактовую частоту при одновременном снижении напряжения. Однако, к сожалению, задержки также значительно увеличились, поэтому прирост производительности в реальных приложениях составил всего 2-5% по сравнению с DDR2 (только на архитектурах, поддерживающих оба стандарта). Хотя DDR3 — логичный следующий шаг, поскольку новейшие платформы AMD и Intel (790/AM3 и X58/P55) поддерживают только память DDR3.

Сегодня распространенные стандарты памяти для DDR3 включают DDR3-1066, DDR3-1333, DDR3-1600, DDR3-1800 и DDR3-2000.

Другие технологии

Наряду с DDR появились некоторые другие стандарты памяти, которым не удалось завоевать основной рынок из-за соотношения производительности и стоимости. В частности, Rambus DRAM (также называемая RDRAM), которая использовалась в таких устройствах, как Nintendo 64 и PlayStation 2, а также в некоторых ранних моделях Pentium 4. Его преемник XDR SDRAM используется в консоли PlayStation 3, но не используется ни в одной основной компьютерной архитектуре. .

Технологии будущего, такие как Z-RAM, TT-RAM и A-RAM, предлагают новый подход к конструированию ячеек динамической памяти, в котором требуется только один транзистор для хранения 1-битных данных и которые обеспечивают скорости, эквивалентные статической ОЗУ. Они работают по принципу эффекта плавающего тела, который возникает как побочный эффект процесса производства кремния в изоляторе. AMD уже изучает эту технологию для использования в будущих процессорах.

Поскольку размеры элементов становятся все меньше и меньше, дальнейшее развитие архитектуры памяти на основе транзисторов и конденсаторов становится невозможным, поскольку конденсаторы не могут так сильно уменьшиться. Следующим логическим шагом в эволюции вычислительной памяти является переход к нанотехнологиям и работа на молекулярном уровне. Конечно, не ожидайте, что это произойдет в ближайшие 5 лет, потому что у нас все еще достаточно памяти (которой на самом деле больше, чем нам действительно нужно).

В дополнение к этой статье я опубликую руководство по покупке памяти, в котором основное внимание будет уделено тому, какую память приобрести для вашей новой (или существующей сборки), и обсуждению того, выгоден ли переход на DDR3 для обычного пользователя. Если у вас есть какие-либо советы по этой статье (или этой) или что-то, связанное с памятью в целом, напишите об этом в комментариях ниже.

Роберт Деннард изобрел одно из самых значительных достижений компьютерных технологий современности — динамическую память с произвольным доступом (или DRAM, более известную просто как RAM).

Роберт Х. Деннард родился в Террелле, штат Техас, США, в 1932 году. В 1950 году он получил стипендию для обучения в Южном методистском университете в Далласе, где получил степень бакалавра искусств. и М.С. степени в области электротехники в 1954 и 1956 годах соответственно, затем он получил степень доктора философии. от Технологического института Карнеги в Питтсбурге, штат Пенсильвания, получено в 1958 году.

В том же 1958 году Деннард стал штатным инженером в исследовательском отделе IBM, где планировал провести максимум пару лет, изучая основы. Сорок два года спустя Роберт Деннард остается одним из самых уважаемых инженеров IBM.

В IBM Деннард был главой небольшой исследовательской группы, работавшей над полевыми транзисторами (FET) и интегральными схемами с использованием стандартной ячейки памяти с шестью транзисторами для каждого бита данных. В 1966 году Деннарду пришла в голову идея, что двоичная информация может храниться в виде положительного или отрицательного заряда на конденсаторе. Единственная загвоздка заключалась в том, что конденсаторы теряют заряд за миллисекунды, поэтому после нескольких месяцев экспериментов Деннард разработал конфигурацию, в которой один полевой транзистор мог считывать заряд и возвращать его обратно тысячи раз в секунду. Тогда за каждый бит информации будет отвечать один транзистор, что резко уменьшит размер всей ячейки. Постоянное обновление заряда каждого конденсатора — вот почему чип Деннарда называют «динамической» оперативной памятью.

В то время RAM была известной и используемой концепцией: память, зарезервированная для записи и чтения во временном режиме, которая стиралась каждый раз при выключении компьютера. Однако в середине 1960-х годов для оперативной памяти требовалась сложная система проводов и магнитов, которая была громоздкой и энергоемкой, что на практике сводило на нет теоретическую эффективность оперативной памяти.Революционным достижением Деннарда стало сокращение оперативной памяти до ячейки памяти с одним транзистором.

Конечным результатом изобретения Деннарда стало то, что один чип может содержать миллиард или более ячеек ОЗУ современных компьютеров.

В июне 1968 года Деннарду был предоставлен патент на его запоминающее устройство на полевых транзисторах (см. патент США 3387286).

В 1970 году недавно созданная компания Intel публично выпустила 1103 (см. изображение рядом), первый чип DRAM (1 КБ-бит PMOS ИС динамического ОЗУ), а к 1972 году он стал самым продаваемым полупроводниковым чипом памяти в мире. Победа над памятью типа магнитного сердечника. Первым коммерчески доступным компьютером, использующим 1103, была серия HP 9800.

К середине 1970-х оперативная память Деннарда была стандартной практически для всех компьютеров. Когда персональные компьютеры стали мыслимыми, система оперативной памяти позволяла им выполнять сложные операции и по-прежнему помещалась на рабочем столе.

Тем временем Роберт Деннард, с 1979 года являющийся сотрудником Исследовательского центра Т. Дж. Уотсона при IBM, продолжает свою изобретательскую деятельность, совершенствуя оперативную память, специализированные полевые транзисторы и низковольтные высокопроизводительные схемы. На протяжении многих лет Деннард получил 37 патентов и множество наград за свою работу, в том числе Национальную технологическую медаль (1988 г.), премию Харви от Техниона (Израильский технологический институт) (1990 г.), медаль Эдисона IEEE (2001 г.). Премия Лемельсона-MIT за заслуги перед жизнью (2005 г.) и медаль Бенджамина Франклина 2007 г. в области электротехники. В 1997 году он также был занесен в Национальный зал славы изобретателей.

Деннард также является соавтором «теории масштабирования», аналитической основы для изучения особых условий инженерных микрочипов во все более микроскопических размерах.

Фотографии RAM:

Хорошее определение для запоминания: «Память компьютера относится к физическим устройствам, используемым для хранения данных или программ (последовательности инструкций) на временной или постоянной основе для использования в электронном цифровом компьютере. Компьютеры представляют информацию в двоичном коде. , записанный как последовательность 0 и 1. Каждая двоичная цифра (или «бит») может быть сохранена любой физической системой, которая может находиться в одном из двух стабильных состояний, чтобы представлять 0 и 1. Такая система называется бистабильной. (Википедия, 2008 г.).

Готовы проверить себя?

Давайте сосредоточимся на основных типах компьютерной памяти в истории.

Фото — Ранние электронные лампы 1940–1950: 1950–1960

Барабанная память. Изобретенная в 1932 году Густавом Таушеком и использовавшаяся на протяжении 1950-х и 1960-х годов, барабанная память использовала металлический цилиндр, покрытый ферромагнитным материалом. Барабаны имеют головки чтения и записи по оси. Такие носители, как бумажная лента или перфокарты, использовались для подачи инструкций на барабан. Это была ранняя форма (память только для чтения). Головки были зафиксированы, поэтому время поиска определяется скоростью вращения. Электронная барабанная память - 1942 год, представляла собой магнитное запоминающее устройство, которое в конечном итоге было заменено основной памятью.

Фото — Early Drum Memory, IBM 650, 1932, 1950-е годы

Основная память — использует магнитные ферритовые кольца, через которые продеты провода. Информация может храниться в зависимости от полярности магнитного поля, которое они содержат. «Подача тока по проводам заставляет ядро удерживать заряд, равный нулю или единице». (Уайт, 2008). Первый патент на магнитный сердечник был выдан Фредрику Вие в 1947 году. Дальнейшее развитие памяти сердечника разработала Энн Ван. Кеннет Олсен также разработал память на магнитных сердечниках в 1947 году. В первую очередь он улучшил оригинальную систему (ядро памяти Джея Форрестера -1949). Олсен основал Digital Equipment Corporation. Компания Forrester изобрела магнитное запоминающее устройство с произвольным доступом и совпадающими токами.

Фото: Джей Форрестер, 1951 г., запатентовал Core Memory

Транзистор/полупроводники. «Транзистор — это, по сути, вакуумная лампа, построенная не в человеческий размер, а в микроскопический масштаб. Из-за своего небольшого размера транзистору требуется меньше энергии для создания потока электронов. Поскольку он потребляет меньше энергии, транзистор выделяет меньше тепла, что делает компьютеры более надежными». (Уайт, 2008 г.) «Транзисторы используются не только для записи чисел и управления ими. Биты могут так же легко обозначать истину (1) или ложь (0), что позволяет компьютерам иметь дело с булевой логикой». (White, 2008) Транзисторы могут быть объединены в логические вентили, которые затем обрабатывают булеву логику. Меньший размер транзисторов и меньшее тепловыделение — это ключевое событие в истории, изменившее вычислительную технику. Этот текст из О.com Мэри Беллис подробно описывает эволюцию транзистора: «Транзистор - влиятельное изобретение, изменившее ход истории компьютеров. В первом поколении компьютеров использовались электронные лампы, во втором поколении компьютеров использовались транзисторы, в третьем поколении компьютеров использовались интегральные схемы, а четвертое поколение компьютеров использовало микропроцессоры». (Беллис, 2010 г.).

Фото — 1947 г. Первый транзистор Фото — Джек Килби, Интегральная схема, 1958 г.

Вы видите ссылку эволюция?

Перфокарты/рычаги переключения передач/вакуумные лампы
Барабан памяти/магнитная лента
Основная память
Транзисторная память
ОЗУ

Пожалуйста, посмотрите эту подробную диаграмму. История информационных технологий и систем В нем представлена отличная хронология эволюции компьютерных систем и устройств хранения данных.

Проверь себя!

1801 г. Жозеф Мари Жаккар усовершенствовал текстильный ткацкий станок, представив серию шаблонов из перфокарт, которые позволяли ткацкому станку автоматически ткать сложные узоры.

1833 г. Чарльз Бэббидж создает первую машину для перфокарт с памятью, которая называется аналитической машиной. Эта машина использовала шестерни и рычаги и программировалась с помощью перфокарт. Эта разностная машина могла решать полиномиальные уравнения.

1932 Густав Таушек изготавливает первое запоминающее устройство барабана.

1936 Конрад Цузе создает механический калькулятор под названием Z1. Z1 был известен как первый в мире двоичный компьютер. Цузе сосредоточился на трех основных элементах, которыми должно обладать вычислительное устройство.

Z1 имел электрический двигатель и программировался с помощью перфоленты. Z2 имел электрические реле и был известен как первый электромеханический компьютер. В Z3 были микросеквенсоры и использовалась пленка вместо перфокарт.

1946 г. Мокли и Эккерт разрабатывают Eniac I (электронно-числовой интегратор и калькулятор). Eniac весил 30 тонн! В нем использовались вакуумные лампы, реле и переключатели.

1947 г. Фредрик Вихе , Ан Ван и Кеннет Олсен независимо друг от друга изобретают память на магнитном сердечнике.

Джей Форрестер разрабатывает магнитный барабан с произвольным доступом и синхронными токами.

1951 Первый коммерческий компьютер Ferranti Mark I. У него была 256 40-битная основная память и хранилище на магнитной ленте.

1952 Создан компьютер Edvac с 1024 44-битными словами ультразвуковой памяти. Eniac получает основное запоминающее устройство.

1954 г. Первое массовое производство барабана для хранения данных на магнитной ленте IBM 650. Первая коммерческая память с ферритовым сердечником.

1961 г. Серия IBM 1401 памяти на магнитных сердечниках. Первый компьютер с 64-разрядной памятью на транзисторах с защитой памяти и чередованием. IBM 7030 Stretch 64-разрядное слово данных и 32/64-разрядное слово команд.

Виртуальная память Atlas 1962 года

1965 г. Британский ученый-компьютерщик Морис Уилкс разрабатывает идею кэш-памяти компьютера. Первое приложение памяти с произвольным доступом на интегральных схемах, основанное на ПЗУ только для чтения.

1968 Data General выпускает 32-килобайтную память Nova. Аналоговая и цифровая память объединены на одном чипе Dedicated Current Source. Роберт Деннард изобретает и патентует свою динамическую оперативную память DRAM.

1969 г. Intel создает микросхему оперативной памяти емкостью 1 килобайт. (Основной убийца)

1970 Первый общедоступный 256-битный программируемый полупроводниковый чип памяти Dynamic RAM, Intel 1103i. Изобретена динамическая оперативная память MOS.

Читайте также: