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計算機到底是工作方式,計算機記憶體的工作方式究竟是什麼樣的?

在許多方面來說,記憶決定了我們是什麼樣的人,讓我們不忘往事。學習并記住新本領以及為未來做規劃,像計算機常常扮演人的延伸這一角色。

記憶體也起着同樣的作用,不論是一部兩個小時的電影、寫着兩個單詞的文本或是執行把兩者都打開的指令,所有在計算機記憶體裡的東西,都采以基本機關“比特”的這一形式出現,我們也稱之為二進制數字。

每個二進制數被存放于存儲元件中,在兩種可能值間自如轉換,0和1,由數百萬計的二進制數組成的程式和檔案。

在中央處理器中統一處理,也就是CPU。它擔任計算機大腦一職,并且,随着要處理的二進制數成倍增長,電腦設計師不斷面臨着。

有關資料大小、成本費用和處理速度三方面的難題,和我們一樣,電腦對于即時任務,有着短期記憶,也有更為長久的固定儲存器來保留長期記憶。

當你運作某個程式時,作業系統位于短期記憶的區域内,以便踐行指令。

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打比方說,當你在文字處理軟體中,按下一個鍵,中央處理器會通路其中一個位置來檢索這些資料。它也可以進行修改或是産生新的資料,這個過程所花費的時間被稱為延時。

由于程式指令必須處理迅速并且不斷進行,短期記憶區的所有定位點以任意順序被通路。

是以又名随機通路存儲器,最常見的随機儲存器是動态随機存儲器或者說DRAM。

在動态儲存器中,每個儲存單元由微小的半導體和電容器組成。用以貯存電荷,0代表沒有電,有電則是1。我們稱之為動态記憶的原因是它僅是在電荷耗散前,短暫保留它們。

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需要定期充電來保留這些資料,但即使是100納秒的低延遲,對于現代CPU來說都算是高延遲了。

是以“内部快取記憶體”應運而生,也就是靜态随機存取存儲器。它通常以六個聯結晶狀體所構成,不需要去更新。靜态随機存取儲存器是計算機系統中最快的存儲器,但也是最貴的,也占用了比動态随機存取儲存器多三倍的空間。

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但是RAM和高速緩沖存儲器隻有充電後才能儲存資料,為了保留資料,裝置一旦關機後,必須将之轉移到長期儲存裝置中。這樣的儲存裝置主要有三種類型。

在磁存儲器,也就是三者中最便宜的儲存裝置中,資料以磁性模式,儲存于磁膜編碼的旋轉盤上。但正因圓盤必須轉到資料所位于的地方,才能讓它們被讀取,是以磁儲存器的延時比DRAM慢上100,000倍。

另一方面,像DVD和藍牙這樣的光儲存裝置,同樣也使用旋轉盤,隻不過多了一層反射塗層。二進制數字被編譯成空白點和黑點,加以塗料友善被雷射識别讀取。盡管光儲存媒體價錢便宜并可摘除,它們甚至比磁存儲器有着更低的延時,同樣也有着更小的容量。

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末了,固态硬碟是最新也是最快捷的長期存儲器,比如閃存存儲器。

它沒有可運轉的部件,而是使用浮栅半導體,在他人專門設計的内部構件中,以捕獲和排除電荷存儲二進制數字。

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那麼,這數十億的二進制數字可靠性到底如何?

我們總認為計算機存儲器具有穩定性和永久性,但實際上它降解得相當快。由裝置和周身環境所産生的熱,會使硬碟去磁,降解光學媒體内的染料,并造成浮置栅極裡的電荷流失。固态硬碟也有額外的缺陷,在不斷重複存盤到浮栅中的過程中,半導體會腐蝕固态硬碟,使之毫無用處。

當今大多存儲媒體内的資料,壽命預測也不超過10年,科學家們正在嘗試開拓材料的實體性能,将它們下至量子水準,希望能是以制造出更快、更小以及更耐久的裝置。

眼下,不朽仍無法實作,不論對于人類還是電腦而言。

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