I databehandling er minne enheten som beholder, lagrer eller lagrer datadata i en viss tidsperiode. [ 1 ] Minne gir en av hovedfunksjonene til moderne databehandling: lagring av informasjon og kunnskap. Det er en av de grunnleggende komponentene i datamaskinen , som er sammenkoblet med den sentrale prosessorenheten ( CPU ) og inngangs- /utgangsenhetene , implementerer det grunnleggende i datamaskinmodellen for datamaskinens arkitektur. Von Neumann.
I dag refererer "minne" ofte til en form for solid-state lagring , kjent som RAM ( random access memory ), og refererer noen ganger til andre former for minne, rask, men midlertidig lagring. På samme måte refererer det til former for masselagring, for eksempel optiske disker , og typer magnetisk lagring , for eksempel harddisker og andre typer lagring, tregere enn RAM, men mer permanent i naturen. Disse moderne distinksjonene er nyttige, fordi de er grunnleggende for datamaskinarkitektur generelt.
I tillegg reflekterer det en viktig og betydelig teknisk forskjell mellom "minne" og "masselagringsenheter", som har blitt utvannet av den historiske bruken av begrepene "primærlagring" (noen ganger "hovedlagring"), for minner om tilfeldig tilgang , og "sekundær lagring", for masselagringsenheter. Dette er forklart i de følgende avsnittene, der det tradisjonelle begrepet "lagring" brukes som undertekst for enkelhets skyld.
De grunnleggende komponentene i datamaskiner til generell bruk er CPU, lagringsplass og inngangs-/utdataenheter. Muligheten til å lagre instruksjonene som utgjør et dataprogram og informasjonen som instruksjonene manipulerer, er det som gjør datamaskiner designet på den lagrede programarkitekturen allsidig.
En digital datamaskin representerer all informasjon ved hjelp av det binære systemet . Tekst, tall, bilder, lyd og nesten hvilken som helst annen form for informasjon kan transformeres til en rekke biter eller binære sifre, som hver har en verdi på 1 eller 0. Den vanligste lagringsenheten er byten , lik. til 8 biter. Visse opplysninger kan manipuleres av en hvilken som helst datamaskin hvis lagringsplass er stor nok til å passe de tilsvarende dataene eller den binære representasjonen av informasjonen. For eksempel kan en datamaskin med en lagringsplass på åtte millioner biter, eller én megabyte , brukes til å redigere en liten roman .
Ulike former for lagring er oppfunnet basert på ulike naturfenomener. Det finnes ikke et universelt praktisk lagringsmedium og alle former for lagring har sine ulemper. Dermed inneholder et datasystem flere typer lagring, hver med sitt eget individuelle formål.
Primærminne er direkte koblet til datamaskinens CPU. Den må være tilstede for at CPU-en skal kunne utføre noen funksjoner. Primærlagring består av systemets primærminne; inneholder de kjørende programmene og dataene de opererer på. Informasjon kan overføres veldig raskt (typisk i mindre enn 100 klokkesykluser [ 2 ] ) mellom et mikroprosessorregister og hovedlagringssteder. I moderne datamaskiner brukes tilfeldig tilgangsminne basert på solid-state elektronikk, som er direkte koblet til CPU-en gjennom adresse-, data- og kontrollbusser.
Hovedkravet for lagring er at noen av plasseringene må være direkte adresserbare , det vil si at alle data i minnet må finnes basert på adressen. Dette er grunnen til at prosessorregistre ikke kan betraktes som primærlagring. Henvisninger til disse gjøres med navn , direkte, og ikke med adresse. Registre representerer gjeldende tilstand for beregningen og dataene som brukes umiddelbart, men kan ikke lagre et program (peker bare til gjeldende utførelsessted).
Den store forskjellen i hastighet mellom prosessor og primærminne ga opphav til cache-minne . Dette er svært høyhastighetsminne, vanligvis 10 til 100 ganger raskere enn primærminne, og brukes til å forbedre CPU-effektiviteten eller ytelsen. Noe av informasjonen i hovedminnet dupliseres i hurtigbufferminnet. Sammenlignet med registre er cachen litt tregere, men større i kapasitet. Det er imidlertid raskere, om enn mye mindre i kapasitet enn hovedminnet.
Noen forfattere [ 3 ] presenterer cache-minne som et eget hierarki, men siden det ikke er direkte adresserbart minne (det lagrer strengt kopier av informasjonen som er tilgjengelig i hovedminnet), er det vanlig å presentere det som en funksjonell del av primærlagring.
Sekundært minne krever at datamaskinen bruker sine input/output- kanaler for å få tilgang til informasjon og brukes til langtidslagring av vedvarende informasjon. De fleste operativsystemer bruker imidlertid sekundære lagringsenheter som et bytteområde for å kunstig øke den tilsynelatende mengden hovedminne på datamaskinen (denne bruken av sekundær lagring kalles virtuelt minne). Sekundært minne kalles også «masselagring». En harddisk er et eksempel på sekundær lagring.
Vanligvis har sekundær- eller masselagringsminne større kapasitet enn primærminne, men det er mye tregere. I moderne datamaskiner brukes ofte harddisker som masselagringsenheter. Tiden som kreves for å få tilgang til en gitt byte med informasjon lagret på en magnetisk plateharddisk er noen få tusendeler av et sekund (millisekunder). I motsetning til dette er tiden for å få tilgang til samme type informasjon i et RAM-minne målt i milliarddeler av et sekund (nanosekunder).
Dette illustrerer hvor betydelig forskjellen er mellom hastigheten til solid-state-minner og hastigheten til roterende magnetiske eller optiske lagringsenheter: harddisker er i størrelsesorden en million ganger langsommere enn (primær) minne. Roterende optiske lagringsenheter (CD- og DVD-stasjoner) er enda tregere enn harddisker, selv om tilgangshastigheten sannsynligvis vil forbedres med teknologiske fremskritt.
Derfor bremser bruken av virtuelt minne, som er omtrent en million ganger langsommere enn "ekte" minne, driften av enhver datamaskin betraktelig. Mange operativsystemer implementerer virtuelt minne ved å bruke begreper som "byttefil" eller "bufferfil". Den viktigste historiske fordelen med virtuelt minne er prisen; virtuelt minne var mye billigere enn ekte minne; den fordelen er mindre relevant i dag. Likevel fortsetter mange operativsystemer å implementere det, til tross for at de forårsaker betydelig tregere ytelse.
Tertiært minne er et system der en industrirobot — robotarm — vil montere — koble til — et offline masselagringsmedium (se neste punkt) som forespurt av datamaskinens operativsystem. Tertiært minne brukes innen industriell lagring, vitenskapelig databehandling , i store datasystemer og i forretningsnettverk . Denne typen minne er noe PC- brukere aldri ser førstehånds.
Frakoblet lagring ( "off-line" ) er et system der lagringsmediet enkelt kan fjernes fra lagringsenheten. Disse lagringsmediene brukes ofte til datatransport og arkivering. I moderne datamaskiner brukes disketter , optiske disker og flash-stasjoner , inkludert USB -stasjoner, ofte til dette formålet . Det finnes også USB-harddisker som raskt kan kobles til. Frakoblede lagringsenheter brukt tidligere er magnetbånd i mange forskjellige størrelser og formater, og de uttakbare batteriene til Winchester-disker .
Nettverkslagring er enhver type datamaskinlagring som inkluderer tilgang til informasjon over et datanettverk . Uten tvil lar nettverkslagring sentralisere "informasjonskontroll" i en organisasjon og redusere duplisering av informasjon. Nettverkslagring inkluderer:
Inndelingen mellom primær, sekundær, tertiær og offline er basert på minnehierarkiet eller avstanden fra CPU. Det finnes andre måter å karakterisere de forskjellige minnetypene på.
Avhengig av muligheten til å få tilgang til sammenhengende informasjon eller ikke, kan den klassifiseres i:
Minner med høyere kapasitet er et resultat av rask utvikling innen halvledermaterialteknologi . De første sjakkprogrammene kjørte på maskiner som brukte magnetbaserte minner. På begynnelsen av 1970-tallet dukket det opp minner laget av halvledere, slik som de som ble brukt i IBM 370-serien med datamaskiner.
Hastigheten på datamaskiner økte, multiplisert med omtrent 100 000 og minnekapasiteten vokste i en tilsvarende andel. Dette faktum er spesielt viktig for programmer som bruker transponeringstabeller: ettersom hastigheten på datamaskinen øker, trengs minner med proporsjonalt større kapasitet for å holde det ekstra antallet posisjoner som programmet ser etter.
Prosessorkapasiteten forventes å fortsette å øke de neste årene; det er ikke et misbruk å tro at minnekapasiteten vil fortsette å vokse imponerende. Minner med større kapasitet kan brukes av programmer med større Hash-tabeller, som vil beholde informasjonen permanent.
Halvlederminne bruker halvlederbaserte integrerte kretser for å lagre informasjon. En halvlederminnebrikke kan inneholde millioner av små transistorer eller kondensatorer . Det finnes begge typer halvlederminne: flyktig og ikke-flyktig . I moderne datamaskiner består hovedminnet nesten utelukkende av dynamisk og flyktig halvlederminne, også kjent som dynamisk tilfeldig tilgangsminne eller mer vanlig RAM for kort. Med århundreskiftet har det vært en jevn vekst i bruken av en ny type ikke-flyktig halvlederminne kalt flashminne . Denne veksten har hovedsakelig vært innen frakoblede minner i hjemmedatamaskiner. Ikke-flyktige halvlederminner brukes også som sekundære minner i forskjellige avanserte elektroniske enheter og spesialiserte og ikke-spesialiserte datamaskiner.
Magnetiske minner bruker forskjellige magnetiseringsmønstre på en overflate dekket med et magnetisert lag for å lagre informasjon. Magnetiske minner er ikke-flyktige . Informasjon nås ved hjelp av ett eller flere lese-/skrivehoder. Siden lese-/skrivehodet bare dekker en del av overflaten, får man tilgang til magnetisk lagring sekvensielt og må søke, sløyfe eller begge deler. I 'moderne datamaskiner' er den magnetiske overflaten en av disse typene:
I 'tidlige datamaskiner' ble magnetisk lagring også brukt som hovedminne i form av trommeminne, kjerneminne , kjerneradminne , tynnfilmminne , Twistor - minne eller bobleminne . I motsetning til i dag ble magnetbånd også brukt som sekundærminne.
Se også: Magnetisk støtteOptiske diskminner lagrer informasjon ved hjelp av bittesmå hull etset med en laser på overflaten av en sirkulær disk. Informasjonen leses ved å belyse overflaten med en laserdiode og observere refleksjonen. Optiske plater er ikke-flyktige og har tilfeldig tilgang . Følgende formater er i vanlig bruk:
Følgende formater er foreslått:
Magneto-optiske disker er optiske minnedisker der informasjon er lagret i den magnetiske tilstanden til en ferromagnetisk overflate . Informasjon leses og skrives optisk ved hjelp av en kombinasjon av magnetiske og optiske metoder. Magneto-optiske diskminner er av typen ikke-flyktig , sekvensiell tilgang , sakte skriving, rask lesing. Det brukes som tertiært og offline minne.
Se også: Magneto-optisk diskHullkort ble først brukt av Basile Bouchon for å kontrollere tekstilvevstoler i Frankrike. [ 4 ] I 1801 ble Bouchons system perfeksjonert av Joseph Marie Jacquard , som utviklet en automatisk vevstol, kjent som en Jacquard-vevstol . [ 5 ] Herman Hollerith utviklet hullkortdatabehandlingsteknologi for 1890 United States Census og grunnla senere Tabulating Machine Company , en av forløperne til IBM . IBM utviklet hullkortteknologi som et kraftig verktøy for forretningsdatabehandling og produserte en omfattende serie med registermaskiner som brukte hullpapir til datalagring og automatisk behandling.
På 1950-tallet hadde IBM-kort og IBM-opptaksmaskinenheter blitt uunnværlige i amerikansk industri og myndigheter. I løpet av 1960-årene ble hullkort gradvis erstattet av magnetbånd , selv om bruken av dem var veldig vanlig frem til midten av 1970-tallet med bruken av magnetiske disker . Informasjon ble registrert på kortene ved å slå hull i papiret eller kortet. Avlesning ble gjort av elektriske (senere optiske) sensorer der en bestemt plassering kan eller ikke kan være hull.
For å lagre informasjon brukte Williams-rør et katodestrålerør og Selectron -rør brukte et stort vakuumrør. Disse primære minneenhetene hadde kort levetid da Williams-røret var upålitelig og Selectron-røret var dyrt.
Delay line memory brukte lydbølger i et stoff som kvikksølv for å lagre informasjon. Forsinkelseslinjeminnet var et flyktig dynamisk minne , sekvensiell lese-/skrivesyklus. Det ble brukt som hovedminne.
Faseendringsminne bruker fasene til et faseendringsmateriale til å lagre informasjon. Denne informasjonen leses ved å observere den variable elektriske motstanden til materialet. Faseendringsminne vil være ikke- flyktig , tilfeldig tilgang lese-/skriveminne som kan brukes som primær-, sekundær- og frakoblet minne. Holografisk minne lagrer optisk informasjon i krystaller eller fotopolymerer . Holografiske minner kan bruke hele volumet av lagringsmediet, i motsetning til optiske plateminner, som er begrenset til et lite antall lagdelte overflater. Holografisk minne kan være ikke- flyktig , sekvensiell tilgang , og både skrive-en gang og lese/skrive. Den kan brukes både som sekundærminne og offline.
Molekylært minne lagrer informasjon i polymerer som kan lagre pigger av elektrisk ladning. Molekylært minne kan være spesielt interessant som hovedminne.
Nylig har det blitt foreslått å bruke spinn til et elektron som et minne. Det har vist seg at det er mulig å utvikle en elektronisk krets som leser spinnet til elektronet og konverterer det til et elektrisk signal. [ referanse nødvendig ]