計算機速成課 第十九集 內存&存儲介質

1. 電腦內存

  • 非永久性
  • 舉例:xbox 電源線拔掉後,內存裏面的數據都會丟失
  • 內存(Memory),又叫「易失性」存儲器

2. 存儲器(Storage)

  • 任何寫入「存儲器」的數據,比如硬盤,數據會一直存在,直到被覆蓋或者刪除,斷電也不會消失
  • 存儲器是「非易失性」的
  • 舉例:U 盤

3. 打孔紙卡、打孔紙帶

  • 最早的存儲介質
  • 1940 年代,紙卡標準是 80 列 * 12 行,一張紙卡可以存儲 960 位數據
  • 最大的紙卡程序:美國軍方 1958 年投入使用的防空系統,「半自動地面防空系統」,簡稱 SAGE
  • 歷史:紙卡用了十幾年
  • 優點:不用電,便宜且耐用
  • 缺點:讀取慢,只能寫入一次,打的孔無法輕易補上。對於存儲臨時值,紙卡不好用

4. 延遲線存儲器(Delay Line Memory)

  • 1944, J. Presper Eckert 在建造 ENIAC 時發明的一種方法
  • 計算機 EDVAC 使用了延遲線存儲器,成爲最早的「存儲程序計算機」之一
  • 缺點:每一個時刻只能讀一位(bit)數據,又叫「順序存儲器」或「循環存儲器」
  • 在 1950 年代中期基本過時

5. 磁芯存儲器

  • 第一次大規模使用是在 1953 年麻省理工學院的 Whirlwind 1 計算機
  • 優點:可以隨時訪問任何一位(bit)
  • 歷史:1950 年帶中期開始成爲主流,流行了 20 多年,而且一般還是手工編織的
  • 成本:剛開始存儲成本大約 1 美元 1 位(bit),到 1970 年代,下降到 1 美分左右

6. 磁帶

  • 1951 年,Eckert 和 Mauchly 創立了自己的公司,設計了一臺電腦叫 UNIVAC,使用了新存儲方式:磁帶
  • 磁帶:纖薄柔軟的一長條磁性帶子,卷在軸上,可以在「磁帶驅動器」內前後移動,
  • 部件:寫頭 / 讀頭
  • 缺點:訪問速度。它是連續的,必需倒帶或者快進達到特定位置

7. 磁鼓存儲器

  • 1950,1960 年代,類似的技術
  • 有金屬圓筒,蓋滿了磁性材料以記錄數據
  • 1970 年代,不再生產
  • 磁鼓導致了硬盤的發展

8. 硬盤

  • 受到磁鼓啓發
  • 磁盤表面有磁性,寫入頭和讀取頭,可以處理上面的 1 和 0
  • 優點:薄,可以疊在一起,提供更多表面積來存數據
  • 1956年,IBM 對世上第一臺磁盤計算機(RAMAC 305)就是這樣做的
    • RAMAC 305 訪問任意數據,平均只要六分之一秒左右,也叫「尋道時間」(seek time)
    • RAMAC 305 還有「磁鼓存儲器」和「磁芯存儲器」,這是「內存層次結構」的一個例子
      • 一小部分 高速 + 昂貴內存
      • 一部分稍慢 + 相對便宜些的內存
      • 更慢 + 更便宜的內存
      • 這種混合,在成本和速度之間取得平衡

9. 軟盤

  • 硬盤的親戚
  • 除了磁盤是軟的,其他基本一樣
  • 優點:便攜,在 1970 - 1990 非常流行

10. 光盤

  • 光學存儲器,1972 年出現,12 英寸的「激光盤」
  • 光盤,簡稱 CD (Compact Disk)
  • 90 年代流行的 DVD
  • 原理:使用的不是像硬盤/軟盤一樣使用的磁性,而是光盤表面有很多小坑,造成光的不同反射,光學傳感器會捕捉到,並解碼爲 0 和 1

11. 固態硬盤

  • 第一個 RAM 集成電路出現於 1972 年,成本每比特 1 美分
  • 機械硬盤被固態硬盤逐漸替代,簡稱 SSD
  • SSD 沒有移動部件,磁頭不用等磁盤轉,所以 SSD 訪問時間低於 1/1000 秒
  • 這個速度很快,但是比 RAM 慢很多倍,所以現代計算機仍然用「存儲層次結構」
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