คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ที่เรารู้จักปรากฏขึ้นในปี 1945 เมื่อนักคณิตศาสตร์ จอห์น ฟอน นอยมันน์ เขียน “ร่างแรกของรายงานเกี่ยวกับ EDVAC” คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่เขาจินตนาการไว้มีศูนย์กลางอยู่ที่ตัวประมวลผลที่สามารถทำการคำนวณได้หลายร้อยครั้งต่อวินาที แต่ถ้าผู้แปรรูปเป็นหัวหน้าเชฟ ก็จำเป็นต้องมีสูตรอาหาร (คำสั่งบอกว่าต้องทำอะไร) รวมถึงสถานที่สำหรับเก็บส่วนผสม (ข้อมูลที่จะคำนวณ) และอุ่นอาหารสำเร็จรูป (ผลการคำนวณ) วอน นอยมันน์ มอบหมายความรับผิดชอบเหล่านั้นให้กับความทรงจำ ซึ่งในขณะนั้นมาในรูปของเทปแม่เหล็กและหลอดปรอท
เครื่องจักรของฟอน นอยมันน์ ซึ่งเริ่มใช้งานในปี 2494
ใช้พื้นที่ในพื้นมากกว่าไอแพดหนึ่งพันเครื่องที่วางเคียงข้างกัน และมีน้ำหนักมากกว่าช้างแอฟริกา มีหน่วยความจำเพียงไม่กี่กิโลไบต์ แต่นั่นก็เพียงพอแล้วเพราะโปรเซสเซอร์ทำงานช้ามาก
สิ่งต่าง ๆ นั้นยุ่งยาก แต่เมื่อโปรเซสเซอร์เร่งความเร็วเพื่อดำเนินการคำนวณเป็นพัน ๆ ล้านและพันล้านต่อวินาที ไม่มีอุปกรณ์หน่วยความจำใดที่สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลกับโปรเซสเซอร์ได้หลายพันล้านครั้งต่อวินาที และเก็บข้อมูลจำนวนมากอย่างไม่มีกำหนด ดังนั้น วิศวกรจึงคิดค้นวิธีแก้ปัญหา: หน่วยความจำที่เร็วที่สุด ซึ่งมีราคาแพงที่สุดเช่นกัน โต้ตอบโดยตรงกับโปรเซสเซอร์และจัดเก็บข้อมูลเร่งด่วนที่สุดจำนวนเล็กน้อย ข้อมูลสำหรับอนาคตอันไกลโพ้นถูกผลักไสให้ถูกลงอุปกรณ์หน่วยความจำความจุสูงราคาถูกลง ด้วยการสร้างลำดับชั้นของหน่วยความจำนี้ วิศวกรสามารถรักษาสถาปัตยกรรมพื้นฐานของ von Neumann ซึ่งเป็นหน่วยความจำที่เก็บข้อมูลพร้อมคำแนะนำสำหรับโปรเซสเซอร์ที่ยุ่งมากได้ครบถ้วน “คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันยังคงเป็นที่รู้จักสำหรับฟอน นอยมันน์” Neil Gershenfeld นักฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่ MIT กล่าว
ในคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ ตัวช่วยหลักของโปรเซสเซอร์คือ Dynamic RAM
หรือ DRAM ซึ่งเป็นชิปที่จัดเก็บข้อมูลในระยะสั้นและเข้าถึงได้ง่าย เซลล์ DRAM แต่ละเซลล์ประกอบด้วยตัวเก็บประจุที่เก็บพลังงานไฟฟ้าและทรานซิสเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นประตูแกว่ง ซึ่งควบคุมการไหลของไฟฟ้าเพื่อสลับตัวเก็บประจุอย่างรวดเร็วระหว่างสถานะที่มีประจุ ซึ่งแทนค่า 1 และ 0 ที่ไม่มีประจุ
อย่างไรก็ตาม DRAM มีส้น Achilles’: ตัวเก็บประจุไม่สามารถเก็บไฟฟ้าได้นานมาก เป็นผลให้ชิป DRAM ต้องการพลังงานไหลเข้า 15 หรือมากกว่าต่อวินาทีเพื่อเติมตัวเก็บประจุ ความต้องการรีเฟรชอย่างต่อเนื่องหมายความว่าคอมพิวเตอร์ต้องเปิดอยู่เพื่อให้ DRAM ทำงานได้ ไม่ดีสำหรับการจัดเก็บระยะยาว
ระบบส่วนใหญ่ใช้ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์สำหรับหน่วยความจำระยะยาว ไดรฟ์เหล่านี้ใช้แขนกลที่เขียนและอ่านข้อมูลลงในเซลล์บนจานกลมขนาดกว้าง 3.5 นิ้ว; ทิศทางของการวางแนวแม่เหล็กในแต่ละเซลล์กำหนดว่าเป็น 1 หรือ 0
ฮาร์ดไดรฟ์มีราคาถูกและสามารถจัดเก็บข้อมูลจำนวนมหาศาลได้ แต่จะช้า ใช้เวลาประมาณ 5 มิลลิวินาทีสำหรับบิต (1 หรือ 0) จากโปรเซสเซอร์เพื่อจัดเก็บบนดิสก์ — 5 ล้านครั้งตราบเท่าที่โปรเซสเซอร์ใช้เวลาในการคำนวณ ในแง่มนุษย์ นั่นเหมือนกับผู้อุปถัมภ์ร้านอาหาร (ผู้ประมวลผล) ตัดสินใจว่าจะสั่งอะไร และบริกร (ฮาร์ดไดรฟ์) ต้องใช้เวลามากกว่าหนึ่งเดือนในการจดคำสั่งซื้อ ลืมเรื่องของหวานไปเลย
ในระดับที่ใช้งานได้จริง ความล่าช้านี้อธิบายได้ว่าทำไมคอมพิวเตอร์จำนวนมากจึงใช้เวลาสองสามนาทีในการเปิดเครื่องเมื่อเปิดเครื่อง: ระบบปฏิบัติการต้องการเวลาในการย้ายจากฮาร์ดไดรฟ์ไปยัง DRAM ซึ่งโปรเซสเซอร์สามารถเข้าถึงได้
วิศวกรใช้เวลาหลายทศวรรษในการพยายามลดช่องว่างความเร็วระหว่างโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำ และในปี 1988 ชิปคอมพิวเตอร์ยักษ์ใหญ่อย่าง Intel ได้เริ่มเปิดตัวหน่วยความจำแฟลช แฟลชจะเก็บข้อมูลไว้เมื่อไม่มีการจ่ายไฟ และสามารถจัดเก็บข้อมูลในเซลล์ที่มีความกว้าง 20 นาโนเมตร ซึ่งเพียงพอสำหรับการจัดเก็บภาพถ่ายหลายพันภาพในกล้องดิจิตอลและแอปหลายร้อยรายการในสมาร์ทโฟน นอกจากนี้ยังค่อนข้างเร็ว (อย่างน้อยเมื่อเทียบกับฮาร์ดไดรฟ์) ดังนั้นสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป และแท็บเล็ตที่มีหน่วยความจำแฟลชจะบู๊ตได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ที่มีฮาร์ดไดรฟ์แบบกลไก
Intel อ้างว่าสามารถทำให้แฟลชถูกลงและเร็วขึ้นต่อไปได้โดยการย่อขนาดและซ้อนเซลล์หน่วยความจำ แต่นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์อย่าง Darrell Long จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซกล่าวว่าแฟลชใกล้จะถึงขีดจำกัดประสิทธิภาพแล้ว ถึงเวลาสำหรับการเปลี่ยนทดแทนที่รวดเร็ว ถูกกว่า และประหยัดพลังงานมากขึ้นแล้ว
และไม่ใช่เพียงเพราะว่าแฟลชใกล้จะถึงขีดสุดแล้ว ความต้องการของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันแตกต่างอย่างมากจากในอดีต คอมพิวเตอร์ที่มีลำดับชั้นของฟอนนอยมันน์เก่งในการรับชุดข้อมูล ปรับเปลี่ยนในทางใดทางหนึ่ง แล้วใส่กลับเข้าไปในหน่วยความจำ การประมวลผลข้อมูลมีความสำคัญเหนือกว่าเนื้อหาจริงของข้อมูล ตอนนี้ความท้าทายที่ใหญ่กว่าคือการค้นหาอัญมณีและแนวโน้มในข้อมูลจำนวนมากที่ไม่จำเป็นเป็นส่วนใหญ่ Paul Franzon วิศวกรไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนาในเมืองราลีกล่าวว่า “แทนที่จะคิดตัวเลขของธนาคาร เรากำลังพยายามหาคำตอบสำหรับคำถาม คอมพิวเตอร์จำเป็นต้องสามารถจัดเก็บและวิเคราะห์ชุดข้อมูลขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว
ด้วยแรงจูงใจจากปัจจัยเหล่านี้ นักวิจัยจึงเริ่มต้นเมื่อประมาณหนึ่งทศวรรษที่แล้วเพื่อค้นหาหน่วยความจำประเภทหนึ่งที่รวมความรวดเร็วของ DRAM เข้ากับความจุและอายุของดิสก์ไดรฟ์
credit : maggiesbooks.com dodgeparryblock.com fivefingervibramshoes.com dopetype.net chroniclesofawriter.com kyronfive.com sweetdivascakes.com wherewordsdailycomealive.com galleryatartblock.com worldadrenalineride.com
