Was ist ein Computerspeicher?

Wenn wir Berechnungen mit einem Stift und Papier durchführen, müssen wir oft Zwischenergebnisse speichern. Wir können dies zum Beispiel mit einem Schmierpapier tun. In diesem Fall dient das Papier als eine Art externer Speicher. Speicher, unabhängig von der Form, benötigt physischen Raum. Computer enthalten Speicher, den wir uns als Schmierpapier für den Computer vorstellen können. Wenn du beispielsweise in einem Programm ein Array erstellst, um Werte zu speichern, benötigtigst du Speicherplatz. Auf der niedrigsten Ebene lesen und speichern Computer alle Anweisungen als Zeichenkette von Zahlen. Aber wie speichert man Zahlen in einer Maschine? Dies war ursprünglich ein sehr schwieriges Problem, insbesondere wenn Computer ihren Speicher behalten müssen, nachdem der Zugang zur Stromversorgung verloren gegangen ist. Dies wird als nichtflüchtiger Speicher bezeichnet. Der einfachste Unterschied, den eine Maschine erkennen kann, ist einfach das Vorhandensein oder Fehlen von etwas. Und so haben die alten Lochkarten funktioniert. Oben haben wir einige Daten, und die vertikalen Spalten enthalten eine Reihe von gestanzten Löchern, die jeweils ein Zeichen darstellen. Computer haben also 2 Finger, Basis 2. Genau wie ein Lichtschalter: "An" für 1 und "Aus" für 0. Dies ist die kleinste Menge an Informationen. Ein einzelner Unterschied, den wir Bit nennen. Bits sind für die Speicherung geeignet, weil die Anzahl der eindeutigen Zustände exponentiell wächst, wenn wir Bits zusammenfügen. Zur Erinnerung: Ein Lichtschalter ist ein Bit und es kann 2 Zustände speichern. Aber 2 Lichtschalter können 4 eindeutige Zustände speichern. Und 8 Lichtschalter oder 8 Bits können 256 eindeutige Zustände speichern. Und der Platz wird in Bits gemessen, aber die physische Größe eines Bits hängt von Ihrer Speichermethode ab. Wie speichern Computer also intern Nullen und Einsen? Moderne Datenverarbeitungssysteme wie diese verwenden Tausende von magnetischen Kernen. Was sind magnetische Kerne? Es sind winzige Ringe aus Nickellegierung oder anderen magnetischen Materialien. Sie haben Vakuumröhren für viele wichtige Funktionen in Datenverarbeitungssystemen ersetzt. Und es ermöglichte Computern, Bits als Magnetisierungsrichtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu speichern. Denn jeder Kern konnte auf zwei verschiedene Arten magnetisiert werden, abhängig von der Richtung, in die der Strom angelegt wurde. Weil ein Bit durch jedes bistabile Gerät dargestellt werden kann und ein magnetischer Kern ein bistabiles Gerät ist. Später wurde dies mit magnetischen Dünnschichtdisketten durchgeführt, bei denen wir uns jedes Bit als winzige magnetische Zelle vorstellen können, die aufgeladen werden kann, um entweder eine 1 oder eine 0 zu speichern. Kurz gesagt, die Größe eines Bits hat sich seit den Tagen der Lochkarten rapide verkleinert. Eine Festplatte in einem modernen Computer kann als Milliarden winziger magnetischer Zellen betrachtet werden. Jetzt fragst du dich vielleicht, wie klein diese kleinen magnetischen Zellen sein können? Die aktuelle Forschung bei IBM treibt dies auf die atomare Ebene. Sie haben gezeigt, dass 12 Eisenatome als stabile magnetische Einheit zusammenarbeiten können, in der sie eine 1 oder eine 0 speichern, abhängig von ihrer Ausrichtung. Dies nähert sich einer theoretischen Grenze, bei der wir ein einzelnes Bit auf einem einzelnen Atom speichern würden! Interessanterweise schätzt IBM, dass wir etwa ein Billiarde Bits Informationen in einem Gerät etwa der Größe eines iPods mit atomarem Speicher unterbringen könnten. Und nennen wir das mal ein Superlaufwerk, das es noch nicht gibt, nur als hypothetisches Beispiel. Ein kleines handliches Superlaufwerk mit atomarer Speicherung würde tausend Terabit aufnehmen. Das sind tausend Billionen Schalter oder eher bekannt als 125 Terabyte. Oder, um es mit einem besseren Beispiel zu erklären: 125 Terabyte entsprechen ungefähr einem 1250 Kilometer langen Bücherregal, und das quasi in deiner Handfläche. Und so sieht die Zukunft von Speicher aus. Ist es vielleicht sogar möglich, ein Bit in etwas zu speichern, das kleiner als ein Atom ist?