Pamięci Komputerowe

Autor: BitBlog.pl

Pierwszymi sposobami utrwalania informacji w dziejach ludzkości były malowidła naskalne, w późniejszym okresie pojawiły się pierwsze nośniki w postaci kamiennych tablic. Bardziej zaawansowanym nośnikiem danych stał się papier wynaleziony w Chinach. Przyczynił się w znaczący sposób do gromadzenia, przetwarzania i przekazywania informacji. Umożliwił rozwój rozmaitych urządzeń z tym związanych.

Karty i taśmy perforowane (Wiek XVIII i XIX)

Jednym z pierwszych sposobów podawania instrukcji maszynie była specjalna drewniana lub papierowa karta, w której umieszczano kod sterujący w postaci otworów. W 1725 roku francuski tkacz Basile Bouchon odkrył metodę kontrolowania krosien tekstylnych za pomocą karty perforowanej i można uznać, że było to pierwsze programowe sterowanie na świecie. W 1805 roku Joseph Marie Jacquard ówczesny tkacz i wynalazca użył łańcucha kart perforowanych a tym samym zautomatyzował produkcję i zminimalizował konieczność stałego nadzoru maszyny. Konfiguracja kart perforownych w formie łańcucha zapoczątkowała idee taśmy perforowanej.

karta dziurkowana

Rys. 1 - Wczesne taśmy perforowane używane w krośnie

1832 - Pierwsze systemy archiwizacji danych

Rosyjski homeopata i wynalazca Semyon Korsakov użył kart perforowanych do przechowywania informacji. Można uznać, że był to jeden z pierwszych systemów archiwizowania danych. W 1832 roku pokazał opinii publicznej swoje nowe urządzenia do tzw. "wzmocnienia naturalnej inteligencji". Większość jego pomysłów powstała kiedy pracował w dziale statystycznym Ministerstwa Policji w St. Petersburgu. Były to maszyny do "porównywania pomysłów", których celem było ułatwienie wyszukiwania informacji. Dane w tych maszynach przechowywane były w formie kart perforowanych lub podobnych nośników min. też drewnianych desek z perforacją.

Sterowanie maszyną analityczną

Charles Babbage brytyjski matematyk, który opracował pierwszą maszynę analityczną na świecie, zaproponował użycie kart liczbowych, z umieszczonymi na niej specjalnymi otworami pozwalającymi na wykonywanie ciągu instrukcji i operowania na danych.

1842 - Sterowanie fortepianem

Claude Seytre Francuski inżynier i mechanik z Lionu w 1842 roku przedstawił patent na automatyczny sposób grania fortepianu lub organów. Do tego celu miała posłużyć karta perforowana z zakodowaną instrukcją dla instrumentu.

1846 - Chemiczny Telegraf

W latach 1843 do 1846 szkocki wynalazca Alexander Bain pracował nad urządzeniem telegraficznym, umożliwiającym zapisywanie informacji na specjalnie przygotowanym chemicznie papierze. Był prekursorem dzisiejszego Faxu. Możliwość drukowania informacji na papierze znacząco usprawniła komunikację w stosunku do tradycyjnego telegramu Morse'a. Aby zautomatyzować system przekazywania informacji telegramy były wcześniej nagrywane na taśmie perforowanej. Taśma dziurkowana składała się z długiego paska papieru. Każdy wiersz na pasku reprezentował pojedynczy znak.

taśma dziurkowana

Rys. 2 - Taśma perforowana

1890 - Herman Hollerith - IBM

W roku 1890 Herman Hollerith protoplasta firmy IBM zbudował maszynę analityczną, która została użyta w amerykańskim spisie powszechnym. Urządzenie to było maszyną elektromechaniczną przetwarzającą informacje przechowywane na kartach perforowanych. Początkowo maszyny te przeliczały jedynie informacje a w późniejszym okresie mogły wykonywać podstawowe operacje arytmetyczne i były stosowane w rachunkowości, kontroli zapasów itp. Były to pierwsze próby użycia kart pamięci na szeroką skalę w celu gromadzenia i przetwarzania danych.

karta dziurkowana

Rys. 3 - Karta perforowana firmy IBM

Magnetyczny Bęben (1932) - pamięć nieulotna

Pierwszym urządzeniem służącym jako pamięć dla maszyny liczącej był magnetyczny bęben wynaleziony i rozwijany przez Gustava Tauscheka w 1932 roku w Austrii. Posiadał on pojemność około 62 KB i był prekursorem dzisiejszego dysku twardego. Była to pamięć analogowa zawierająca metalowy cylinder z umieszczonym na jego powierzchni zewnętrznej materiałem ferromagnetycznym, umożliwiającym rejestrowanie i odczyt informacji za pomocą ruchomych głowic. Głowice umieszczone były w rzędach wzdłuż osi bębna zwykle po jednej dla każdej ścieżki. W celu odczytu danych kontroler pamięci wybierał odpowiednią głowicę i czekał na obrót bębna. Angielskie pamięci DEUCE Electric i UNIVAC FASTRAN posiadały wiele głowic na jedna ścieżkę, umieszczonych w niewielkiej odległości.

Wydajność bębna z jedną głowicą na ścieżkę nie odbiegała od dysku z tą samą konfiguracją i była jedynie określona przez opóźnienie obrotowe, natomiast w obecnych dyskach twardych z ruchomymi głowicami dochodzi jeszcze czynnik umieszczenia głowicy nad żądaną ścieżką (czas wyszukiwania). Aby zoptymalizować uruchamianie się kodu w kontrolerach stosowano algorytm przeplatania (ang. interleaving).

Pamięci bębnowe wykorzystywane były zarówno jako pamięć operacyjna gdzie mogła adresować, zapisywać i odczytywać pojedyncze słowo a w późniejszym okresie jako pamięć masowa. Komputer Atanasoff-Berry z 1942 roku był jednym z pierwszych w którym zastosowano typ pamięci bębnowej. W późniejszym okresie bębny magnetyczne zostały opracowane dla marynarki wojennej USA podczas II wojny światowej. Pierwszym komercyjnym, produkowanym na szeroką skalę komputerem wyposażonym w pamięć bębnową był IBM 650. Model ten powstał w 1953 roku i posiadał około 8,5 KB pamięci.

W Polsce prace nad pamięcią bębnową rozpoczęto w 1958 roku w Zakładzie Aparatów Matematycznych PAN. W latach 1957-58 powstał komputer EMAL-2 i był to pierwszy komputer w Polsce w którym zastosowano pamięć bębnową. Bęben posiadał pojemność 1024 słów rozmieszczonych na 32 ścieżkach. Przez kolejne lata udoskonalano konstrukcję m.in zastępując lampy elektronowe tranzystorami. Powstały wówczas nowe modele takie jak PB-2, PB-3, PB-5. W modelu PB-204 po raz pierwszy zastosowano nowy bęben B-3 w którym osiągnięto gęstość zapisu do 16 bitów/mm i pojemność 1,7 mln bitów, uzyskując tym samym największą pojemność pamięci ze stałymi głowicami produkowaną w Polsce.

Aby zwiększyć gęstość zapisu zastosowano tzw. głowice latające, które w czasie pracy unoszą się nad powierzchnią zapisu na poduszce powietrznej. Dzięki temu zmniejszono odległość głowicy od bębna do ok. 2,5 μm, uzyskując tym samym gęstość zapisu 33 bitów na milimetr. Jeszcze w 1980 r. maszyny PDP-11/45 wykorzystujące pamięć główną z rdzeniem magnetycznym i bębny magnetyczne do wymiany danych, były nadal w użyciu w wielu oryginalnych lokalizacjach UNIX.

Bęben magnetyczny

Rys. 4 - Pamięć bębnowa magnetyczna

Lampa Williams'a (1946–47) - Pamięć ulotna

Freddie Williams i Tom Kilburn na Uniwersytecie w Manchester rozpoczęli badania nad nowatorską, całkowicie elektroniczną, szybką pamięcią o dostępie swobodnym (RAM). W 1947 roku przeprowadzili pierwsze testy. Zasada działania tej pamięci opierała się na lampie podobnej do kineskopu w telewizorze. Bity przechowywane były w formie ładunku elektro-statycznego na jej powierzchni. To umożliwiało wykorzystanie go jako nośnika informacji.

Produkowano pamięci z użyciem radarowych lamp katodowych z powierzchnią fosforową, która umożliwiała wyświetlanie punktów z ładunkiem elektrycznym, podczas gdy inne lampy były budowane specjalnie bez tej powłoki. Nie miało to wpływu na działanie pamięci, ponieważ powierzchnia lampy była zakryta płytką sczytującą ładunki elektryczne.

Wiązka elektronów uderzająca o luminofor tworzący powłokę lampy mogła być przenoszona w dowolne miejsce na jej powierzchni. Dzięki temu maszyna analityczna mogła uzyskać swobodny dostęp do dowolnego obszaru pamięci. Ze względu na zależności pomiędzy rozmiarem i odstępem wyświetlanych punktów a ich trwałością, jak również zdolnością do odrzucania błędów przesłuchu z sąsiednich punktów, fizycznie istniały pewne ograniczenia jej gęstości gdzie zwykle mogła przechowywać do 2560 bitów danych.

Williams CRT

Rys. 5 - Lampa Williamsa - pierwsza pamięć RAM

Pamięć Ferrytowa (1949) - Pamięć nieulotna

Fizyczną podstawą działania rdzenia magnetycznego jest prawo histerezy odkryte przez Charlesa Proteusa Steinmetza z General Electric w 1891 r. Duża część wiedzy na temat wykorzystania materiałów magnetycznych i pola magnetycznego rozwinęła się za sprawą zrozumienia funkcjonowania transformatorów. Transformatory zbudowane z określonych materiałów, pozwalały uzyskać funkcje i właściwości podobne do przekaźników, wykorzystywanych w systemach komputerowych. W 1947 r. Frederick Viehe amator wynalazca, ówczesny inspektor ruchu drogowego w Los Angeles złożył wniosek o patent na stosowanie transformatorów do budowy cyfrowych układów logicznych zamiast logiki przekaźnikowej. Opatentował magnetyczną pamięć rdzenia, którą opracował w swoim domowym laboratorium. Patent Viehe najwyraźniej nie był znany ani uważany za istotny przez trzech innych wynalazców, z których każdy niezależnie wynalazł pamięć rdzenia magnetycznego w 1949 r . Byli to Amerykanin chińskiego pochodzenia An Wang, Amerykanin polskiego pochodzenia Jan Rajchman oraz Amerykanin Jay Forrester.

An Wang prowadził własne laboratorium i wraz z wieloma członkami ówczesnej małej społeczności "komputerowej" zastanawiał się nad najlepszym wykorzystaniem pola magnetycznego w celu przechowywania informacji. Doszedł do wniosku, że istnieją szanse stworzenia pamięci magnetycznej bez użycia mechaniki. W tym celu rozpoczął badania nad zapisem i odczytem informacji z toroidu lub rdzenia z materiałem magnetycznym. Na Uniwersytecie Harvarda wraz z innym fizykiem Way-Dong Woo opracował sposób w jaki pole magnetyczne rdzeni może być użyte do kontrolowania przełączania prądu. Podstawowym problemem z jakim zmagali się fizycy był odczyt informacji bez niszczenia ich przez rozmagnesowanie rdzenia. Zagadnienie to zostało rozwiązane poprzez natychmiastowy ponowny zapis tej samej wartości w toroid magnetyczny.

Jan Aleksander Rajchman z Radio Corporation of America (RCA) był inżynierem elektrykiem i informatykiem. Wykonał rdzenie ściskając materiał ferrytowy za pomocą przekształconej prasy. Jego wkład obejmował 107 patentów, w tym obwody logiczne dla działań arytmetycznych oraz pierwszą pamięć tylko do odczytu. Był też wynalazcą jednego z typów pamięci opartej na lampach elektronowych. Był członkiem Instytutu Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE).

Jay Wright Forrester był inżynierem komputerowym w MIT. Pamięć z rdzeniem magnetycznym Forrester'a była pierwszą faktycznie zainstalowaną w komputerze cyfrowym Whirlwind w 1953 roku. Komputer MIT Project Whirlwind wymagał szybkiego systemu pamięci do śledzenia samolotów w czasie rzeczywistym. Początkowo zastosowano szereg lamp Williamsa ale okazały się zawodne. Jay Forrester otrzymał główny patent na swój wynalazek pamięci z rdzeniem współbieżnym, która umożliwiała przechowywanie informacji w 3D. Według William'a Papian z Project Whirlwind ówczesnego testera pamięci, posiadała ona dwie istotne zalety tj. niezawodność i krótszy czas dostępu (czas dostępu do rdzenia wynosi 9 mikrosekund a do lampy około 25 mikrosekund). Pozwalało to na zwiększenie szybkości działania komputera.

Przez rdzeń magnetyczny tzw. koralik (1 bit), zwykle przewleczone są 4 przewody i interpretowane są jako współrzędne (X,Y), odczytujący (SENSE) oraz INHIBIT jako zakaz. Informacja zapamiętywana jest poprzez namagnesowanie rdzenia w określonym kierunku przepływem prądu. Zmieniając kierunek prądu koralik zostaje przemagnesowany w kierunku przeciwnym do poprzedniego i powoduje indukcje napięcia na wyjściu SENSE. Pojawienie się napięcia interpretowane jest jako wartość 1, brak napięcia jako wartość 0.

magnetic-core-memory

Rys. 6 - Pamięć z rdzeniem magnetycznym

Taśma magnetyczna (1951) - pamięć nieulotna

Można powiedzieć że była to pierwsza pamięć masowa do przechowywania danych. Pierwsze taśmy magnetyczne pojawiły się w latach 30-tych XX wieku i były wykorzystywane w celu zapisu dźwięku. Taśma magnetyczna początkowo posiadała format dużej otwartej rolki, później pojawiły się do niej opakowania w formie wkładów i kaset. Zapis i odczyt na taśmie odbywał się w formie cyfrowej przy pomocy urządzenia zwanego napędem taśmowym. Obsługa kaset była często zautomatyzowana przez specjalne urządzenia ładujące i biblioteki taśm. Dzięki niskiemu kosztowi, przenośności, znormalizowanym formatom taśma magnetyczna była podstawową formą przechowywania danych przez wiele lat. Po raz pierwszy została użyta do zapisu danych komputerowych w Eckert-Mauchly UNIVAC I jako napęd UNISERVO. Zapis danych odbywał się na cienkim metalowym pasku pokrytym niklowanym brązem fosforowym o szerokości 0,5 cala. Szybkość przesyłania danych wynosiła 12 800 znaków na sekundę. Posiadał 6 ścieżek na dane, jedną dla toru parzystości i jedną dla taktowania. Popularność napędów taśmowych pojawiła się za sprawą produktów IBM.

napęd-taśmowy

Rys. 7 - Napęd taśmowy IBM 729

Dysk twardy (1956) - pamięć nieulotna

Pierwszym dyskiem twardym jaki pojawił się na rynku był IBM 350, działający w systemie IBM 305 RAMAC (ang. Random Access Memory Accounting) i został wyprodukowany we wrześniu 1956 roku. Był wielkości dwóch średnich lodówek i zawierał pięć milionów sześcio bitowych znaków (3,75 megabajtów) na stosie 50 magnetycznych dysków, zawierających 50 000 sektorów. Posiadał mechanizm dostępu, elektroniczne i pneumatyczne elementy sterujące mechanizmem dostępu oraz małą sprężarkę powietrza. IBM 350 miał jedno ramię z dwiema głowicami czytającymi spodni i górny plater, poruszającymi się poziomo i pionowo od jednego zestawu talerzy do drugiego. Dyski obracały się z prędkością 1200 obr / min, odstęp od głowicy do dysku wynosił 800 mikrocali. Średni czas wyszukiwania wynosił około 600 milisekund. IBM produkował dyski twarde nieprzerwanie do 2003 roku, kiedy to sprzedał swoją działalność związaną z dyskami firmie Hitachi. Inżynierowie IBM produkując dyski twarde przez dekady przyczynili się do wielu innowacji w tej dziedzinie. Podstawowy układ mechaniczny dysków twardych nie zmienił się od modelu IBM 1301. Ich wydajność i charakterystyka nadal są mierzone według tych samych standardów, co w latach 50-tych XX wieku. W historii informatyki urządzenia te można zaliczyć do spektakularnych ze względu na spadki kosztów, rozmiarów fizycznych oraz poprawę parametrów takich jak pojemność oraz wydajność. Na początku lat 80 tych, większość dysków została sprzedana producentom mikrokomputerów jako dodatkowy zewnętrzny podsystem. Podsystem zwykle posiadał nazwę producenta komputera jak np. Apple ProFile.

W 1980 roku firma Seagate Technology opracowała pierwszy dysk twardy, który pasował do 5,25 calowego formatu dyskietki Shugart i był to 5 megabajtowy ST-506. Kiedy pojawił się standard IBM PC wewnętrzne dyski twarde rozprzestrzeniły się na komputerach osobistych. IBM był głównym dostawcą na rynku mikrokomputerów w latach osiemdziesiątych, szczególnie po wprowadzeniu IBM XT w 1983 roku. Duże ilości jednostek sprzedanych IBM napędzały wczesny rozwój Seagate. Wykorzystał kodowanie zmodyfikowanej modulacji częstotliwości (MFM), a następnie został wydany w wersji 10-megabajtowej jako ST-412. Dzisiaj firma Seagate wraz ze swoim głównym rywalem firmą Western Digital za sprawą przejęcia konkurencji dominuje na rynku dysków twardych. Seagate przejął takie firmy jak Conner Peripherals, Maxtor oraz działy zajmujące się produkcją dysków w firmach Imprimis Control Data Corporation oraz Samsung.

ST506

Rys. 8 - Pierwszy dysk twardy firmy Seagate model ST506

Pamięci półprzewodnikowe ROM i RAM (1965)

Wczesne rodzaje pamięci wykorzystywane w maszynach analitycznych służyły głównie jako pamięć operacyjna, która z biegiem lat stawała się coraz bardziej zaawansowana technicznie a co za tym idzie szybsza i wydajniejsza. Szybkie maszyny analityczne potrzebowały szybkiej pamięci operacyjnej o dostępie swobodnym (ang. Random acces memory) z możliwością zapisu i odczytu. Dużym usprawnieniem funkcjonalności wczesnych komputerów była także idea programu przechowywanego trwale, niezależnie od zasilania zwykle określana jako ROM (ang. Read only memory).

ROM

Formy pamięci ROM stosowano już we wczesnych komputerach z programami przechowywanymi takimi jak ENIAC po 1948 r. Początkowo był to prymitywny mechanizm, w którym do przechowywania instrukcji lub danych wykorzystywano akumulatory. W modelach IBM System/360 i późniejszych wykorzystano pamięci tylko do odczytu jako kondensatora (CROS) i jako transformatora (TROS) do przechowywania mikrokodu. ROM był zwykle prostszy w zastosowaniu ponieważ potrzebował jedynie mechanizmu do odczytu przechowywanych w nim wartości. Mógł być implementowany w rozmaitych urządzeniach elektromechanicznych. Każdy komputer czy inne urządzenie z programem przechowywanym może korzystać z pewnej formy pamięci ROM, która zachowuje swój program lub dane po odłączeniu zasilania. Zwykle jest to program rozruchowy, który uruchamia się po włączeniu zasilania.

RAM

Jedną z pierwszych pamięci o dostępie swobodnym była lampa Williamsa, która umożliwiła jak na tamte czasy wysoki wzrost szybkości operacyjnej maszyn analitycznych. Pamięć z rdzeniem magnetycznym wynaleziona w 1947 roku, rozwijała się do połowy lat siedemdziesiątych. Stała się powszechną formą pamięci o dostępie swobodnym, polegającą na szeregu namagnesowanych pierścieni. Magnetyczna pamięć rdzenia była standardową formą komputerowego systemu pamięci, dopóki nie została wyparta przez pamięć półprzewodnikową MOS w układach scalonych.

Technologia półprzewodnikowa

Wraz z pojawieniem się układów scalonych w latach 60-tych XX wieku, zarówno pamięć ROM jak i pamięć RAM zostały zaimplementowane jako układy tranzystorów w krzemowych układach scalonych.

MOSFET

Firma Bell Labs w 1959 roku za sprawą egipsko-amerykańskiego inżyniera Mohameda M. Atalla oraz Dawona Kahnga opracowała tranzystor polowy z tlenkiem metalu jako półprzewodnikiem określany jako MOSFET i znany tez jako tranzystor MOS. Wynalazek ten doprowadził do opracowania w 1964 roku, 64 bitowej pamięci SRAM opartej na tranzystorach MOS typu p-channel. Przyczynił się do tego John Schmidt ówczesny pracownik firmy Fairchild Semiconductor. W 1966 roku dr Robert H. Dennard pracownik IBM odkrył, że tranzystor MOS może współpracować z niewielkim kondensatorem również opartym na technologi MOS, który w zależności od ładunku może reprezentować wartość 0 lub 1. To odkrycie umożliwiło zbudowanie pojedynczej tranzystorowej komórki pamięci DRAM. W 1968 roku włosko-amerykański fizyk Federico Faggin pracujący również w firmie Fairchild Semiconductor, opracował układ scalony oparty na tranzystorach typu MOS (MOS IC), co umożliwiło w dalszym etapie produkcję układów pamięci. Na początku lat 70 pamięci MOS stały się dominującą technologią zastępując pamięci z rdzeniem magnetycznym. Pamięć półprzewodnikowa MOS posiadała wyższą wydajność, była tańsza i zużywała mniej energii w stosunku do pamięci z rdzeniem magnetycznym.

Komórka Pamięci (ang. memory cell)

Komórka pamięci to jej podstawowy element umożliwiający uzyskanie dwóch stanów logicznych 0 lub 1, dzięki wykorzystaniu specjalnego obwodu elektronicznego typu Flip-Flop. Pierwszy obwód typu Flip-Flop został wynaleziony w 1918 roku i wykorzystywał lampy próżniowe. W miarę rozwoju technologi w prostych układach Flip-Flop zaczęto stosować także tranzystory bipolarne, tranzystory polowe, falowniki i odwrotne bramki logiczne. Komórki pamięci początkowo pracowały przy wykorzystaniu tranzystorów MOS, tworząc dwa stany logiczne bez użycia kondensatorów. Komórka pamięci ROM może zostać zaimplementowana przy użyciu mniejszej liczby tranzystorów niż komórka pamięci SRAM.

Solid State ROM

Początkowo pamięci półprzewodnikowe typu ROM nie pozwalały na modyfikacje jej zawartości. W układach scalonych raz zaprogramowana podczas produkcji nie mogła zostać zmieniona i była tam umieszczana zazwyczaj w formie maski ROM. Pamięć ROM była zintegrowana z układem scalonym i powstawała już na etapie litograficznym. Maska ROM jest częścią wielu układów scalonych w których przechowywany może być mikrokod, bootloader lub firmware. Główną zaletą korzystania z maski ROM jest jej niska cena w stosunku do innych rozwiązań pamięci półprzewodnikowych. Z biegiem czasu na rynku pojawiały się odmiany pozwalające na jej programowanie, które mogły być umieszczane w formie odrębnego układu scalonego.

Wynaleziona 1956 roku pamięć PROM (ang. Programmable Read Only Memory) dla US AirBorne przez Wen Tsing Chow w późniejszych latach już jako układ scalony, umożliwiała zaprogramowanie jej po wyprodukowaniu. Stwarzało to możliwość wcześniejszego zamówienia potrzebnej ilości sztuk i zaprogramowania w dogodnym dla siebie czasie. Pamięć PROM zaprogramować można było tylko raz. Urządzenie EPROM (ang. Erasable Programmable Read Only Memory) opracowane w 1971 roku przez izraelskiego inżyniera Dov'a Frohman'a, ówczesnego pracownika firmy Intel pozwoliło na wielokrotne kasowanie i zapisywanie pamięci, dzięki wykorzystaniu specjalnego tranzystora z pływającą bramką FGMOS. Programowanie tej pamięci polega na podaniu odpowiedniego napięcia na dren tranzystora i wpuszczeniu określonego ładunku elektrycznego do bramki pamiętającej. Działanie światła ultrafioletowego umożliwia usunięcie zgromadzonego ładunku a tym samym skasowanie pamięci. W pamięciach EEPROM odpłynięcie ładunku realizowane może być elektrycznie.

prom

Rys. 9 - Programowalna pamięć ROM

Półprzewodnikowa pamięć RAM

W 1963 roku amerykański konstruktor elektronik Robert H. Norman ówczesny pracownik firmy Fairchild Semiconductor, opracował zintegrowaną dwubiegunową statyczną pamięć o dostępie swobodnym SRAM. Rok później także w Fairchild John Schmidt skonstruował pamięć SRAM opartą na tranzystorach MOS. Pamięć SRAM stała się alternatywą dla pamięci z rdzeniem magnetycznym, ale wymagała sześciu tranzystorów MOS na każdy bit danych. Komercyjne wykorzystanie SRAM rozpoczęło się w 1965 r., kiedy IBM wprowadził układ pamięci SP95 dla komputera System 360 Model 95. W tym samym roku firma Toshiba zastosowała komórki pamięci DRAM (ang. Dynamic Random Access Memory) w kalkulatorze Toscal BC-1411. Oba te rozwiązania oparte były na tranzystorach bipolarnych. Pamięć RAM oparta na tranzystorach MOS i jako układ scalony (MOS IC) zaczęła być masowo produkowana pod koniec lat 60-tych XX wieku. Od tamtego czasu stanowi podstawę wszystkich komercyjnych pamięci półprzewodnikowych.

W 1970 roku po raz pierwszy światło dzienne ujrzał komercyjny układ DRAM IC, był to Intel 1103. Dynamiczna pamięć o dostępie swobodnym DRAM pozwoliła na zastąpienie 4 lub 6 tranzystorowego obwodu zatrzaskowego jednym tranzystorem dla każdego bitu pamięci, znacznie zwiększając jej gęstość. Dane były przechowywane w niewielkiej pojemności każdego tranzystora i musiały być okresowo odświeżane co kilka milisekund, zanim ładunek mógł wyciec. Synchroniczna dynamiczna pamięć o dostępie swobodnym SDRAM zadebiutowała później z układem Samsung KM48SL2000 w 1992 roku.

dram ic

Rys. 10 - Układ scalony pamięci DRAM

Dyskietka (1971) - pamięć nieulotna

Pierwsze dyskietki (ang. floppy disk) do komercyjnego użytku zostały opracowane pod koniec lat 60-tych XX wieku. Do zapisu i odczytu danych wykorzystywały wirujący krążek z tworzywa sztucznego o średnicy 8", pokryty warstwą magnetyczną. W 1970 roku termin "dyskietka" pojawił się po raz pierwszy w druku. Dyskietki stały się ogólnodostępne w roku 1971 jako składnik produktów IBM. Od 1972 roku zaczęły być sprzedawane oddzielnie i ulepszane przez IBM ale także inne firmy takie jak Memorex, Shugart Associates i Burroughs Corporation. W 1973 roku IBM nazwał swój produkt oficjalnie jako "dyskietka typu 1" ale przemysł nadal używał określenia "dyskietka". Pierwsza dyskietka 5.25" została opracowana w firmie Shugart Associates, w roku 1976. Dwa lata później na rynku było już 10-ciu producentów tego typu dyskietek. Pod koniec lat 80-tych dyskietki 5.25" zostały zastąpione dyskietkami 3.5". W tym czasie komputery PC często były wyposażone w napędy dyskietek obu rozmiarów. W połowie lat 90-tych dyskietki 5.25" zostały praktycznie wyparte z rynku przez dyskietki 3.5". Zaletami dyskietek 3.5" była większa pojemność, mniejszy rozmiar fizyczny i sztywna obudowa, która zapewniała lepszą ochronę przed zanieczyszczeniem oraz innymi zagrożeniami środowiskowymi.

Ciekawostką jest, że dyskietka 5.25" pozostała zawsze tańsza w stosunku do swej konkurentki, jej cena wahała się od 1/3 do 1/2 ceny dyskietki 3.5". Dyskietka 5.25" posiadała prostszą konstrukcję, bez usztywniających, metalowych części. W latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych XX wieku, dyskietki stały się podstawowym nośnikiem oprogramowania, danych oraz kopii zapasowych. Były często używane do przechowywania systemu operacyjnego komputera, zanim nie zostały wyparte przez dyski twarde. Większość komputerów domowych z tego okresu ma podstawowy system operacyjny i BASIC przechowywany w pamięci ROM, z opcją załadowania bardziej zaawansowanego systemu operacyjnego z dyskietki. Z biegiem lat oprogramowanie takie jak system operacyjny MS Windows, czy aplikacje graficzne takie jak Adobe Photoshop stawały się coraz większe a tym samym wymagały co najmniej kilkunastu dyskietek. W roku 1996 w użyciu znajdowało się około 5 mld standardowych dyskietek ale dystrybucja dużego oprogramowania stopniowo zaczęła wypierać dyskietki na rzecz płyt CD-ROM (ang. Compact Disk-Read Only Memory), DVD (ang. Digital Video Disc) a także sprzedaży online.

C 1541

Rys. 11 - Napęd dyskietek 5.25" - Commodore 1541

Flash (1980) - pamięć nieulotna

Na początku lat 80-tych zostaje opracowana zaawansowana konstrukcja pamięci EEPROM, która pozwala w sposób efektywny na zarządzanie jej obszarem pamięci. Konstrukcja oparta jest na bramce logicznej NAND lub NOR z wykorzystaniem tranzystorów FGMOS (ang. Floating-Gate MOSFET). Może być przeprogramowywana wielokrotnie bez ograniczeń z wybraniem dowolnego adresu pamięci. Kasowanie i zapis odbywa się bardzo szybko, dlatego przyjęło się określać ją jako pamięć flash. Programowanie i odczyt komórek pamięci NAND odbywa się z podziałem i odwołaniem do tzw. stron (ang. pages) a odblokowanie i kasowanie komórek według adresacji blokowej. Do konstrukcji tego urządzenia przyczynił się Fujio Masuoke ówczesny pracownik firmy Toshiba. Pamięci flash stosuje się powszechnie w dyskach SSD (ang. Solid State Drive), pamięciach flash USB (pendrive) oraz kartach pamięci.

Nand

Rys. 12 - Pamięć flash typu NAND

Tagi: pamięć operacyjna, pamięć masowa, pamięć ulotna, pamięć trwała