Запоминающие устройства, или память, являются ключевым компонентом электронных вычислительных машин (ЭВМ). В них хранится всё необходимое для работы: алгоритмы вычислений (последовательности математических операций), программы, управляющие этими алгоритмами, промежуточные результаты расчётов, а также системы для обмена данными с оператором через периферийные устройства, такие как принтеры, плоттеры или дисплеи (подробнее см. Периферийные устройства ЭВМ).
Магнитные принципы хранения данных
Наиболее широкое распространение получили устройства, основанные на способности магнитных материалов долго сохранять состояние намагниченности. Простейший пример — ферритовое кольцо с обмоткой. После подачи напряжения кольцо намагничивается и может хранить информацию месяцами и даже годами. Однако главный недостаток такого подхода — громоздкость. Каждое колечко размером 1–2 мм и весом около 0,1 г способно запомнить лишь один двоичный знак (0 или 1). Учитывая, что ЭВМ оперирует миллиардами таких знаков, общая масса памяти из ферритовых колец становится непрактично большой, создавая серьёзные проблемы с размещением.
Эволюция: от лент к дискам
Для решения проблемы компактности в запоминающих устройствах стали использовать магнитную ленту. В этом случае роль ферритового кольца играет каждая частица ферромагнитного порошка на синтетической основе, а функцию обмотки выполняет головка записи. Такие устройства значительно меньше, но имеют другой существенный недостаток — низкое быстродействие. Поскольку ЭВМ постоянно обращается к одним и тем же участкам программы и данным, необходимость перематывать ленту каждый раз серьёзно замедляет работу.
Для хранения больших объёмов данных с более быстрым доступом были созданы магнитные диски. Они похожи на грампластинки, но магнитные дорожки на них расположены концентрическими окружностями, а не спиралью. Это позволяет находить нужный участок информации за доли секунды, что аналогично поиску конкретной мелодии на пластинке по сравнению с магнитофонной лентой.
Оперативная память: скорость в миллиардные доли секунды
Для непосредственной работы процессору необходима оперативная память (ОЗУ), где информацию можно стирать и записывать с колоссальной скоростью — за миллионные и даже миллиардные доли секунды. Здесь применяются иные физические принципы. Представьте электрическую цепь: источник питания, выключатель и конденсатор. Кратковременное включение выключателя заряжает конденсатор, и напряжение на его обкладках сохраняется даже после отключения питания.
Современные интегральные микросхемы оперативной памяти объединяют сотни и тысячи миниатюрных конденсаторов и электронных переключателей. Машина записывает на них данные с феноменальной скоростью. Считывание информации происходит так же быстро, как и в устройствах магнитной памяти. Это обеспечивает высокое быстродействие всей вычислительной системы.
Важно отметить, что запоминающие устройства применяются не только в компьютерах, но и в самых разных областях: автоматике, телемеханике, автоматизированных системах управления (АСУ), являясь основой для хранения и обработки информации в современном технологичном мире.