Serwis Edukacyjny
w I-LO w Tarnowie
obrazek

Materiały dla uczniów liceum

  Wyjście       Spis treści       Wstecz       Dalej  

Autor artykułu: mgr Jerzy Wałaszek

©2020 mgr Jerzy Wałaszek
I LO w Tarnowie

Zapamiętywanie bitów

Historia rozwoju pamięci komputerowych

SPIS TREŚCI

Historia

obrazek
Charles Babbage

Potrzebę posiadania urządzenia zapamiętującego informację zauważali już pionierzy maszyn cyfrowych. W roku 1834 Charles Babbage zaprojektował swoją maszynę analityczną (ang. analitical engine) w oparciu o karty perforowane (ang. punched card), które pełniły rolę pamięci programu oraz danych wejściowych. Niestety, z powodu ciągłych zmian projektu Babbage popadł w konflikt z inżynierem wykonującym elementy mechaniczne i idea budowy pierwszego, prawdziwego komputera nie została urzeczywistniona za życia jego twórcy. Dopiero w latach 20-tych ubiegłego wieku wnuk Babbage'a opierając się na oryginalnych planach dziadka zbudował fragment tej maszyny. Jak można się domyślać, prototyp działał dokładnie tak, jak tego życzyłby sobie Charles.

obrazek

Zasada działania karty perforowanej jest bardzo prosta - informację zapisuje się przy pomocy układu dziurek. Układ odczytujący (mechaniczny lub elektryczny) sprawdza wystąpienia dziurek i przekazuje na ich podstawie odpowiednią informację do maszyny cyfrowej. Poniżej przedstawiamy kartę perforowaną (tzw. fiszkę), która była w powszechnym użyciu do lat 70-tych ubiegłego wieku.

obrazek

U góry karty widzimy jej zawartość w postaci tekstu. Ten fragment karty jest przeznaczony dla człowieka, który ewentualnie sprawdzał treść kart. Dla komputera informacja jest zakodowana w postaci prostokątnych otworów w pionowych kolumnach - tzw. perforacji. Każdy znak posiadał swoją własną kombinację otworów w różnych wierszach, które tutaj są ponumerowane od 0 do 9. Na przykład dla powyższej karty cyfra 9 jest kodowana otworkiem w wierszu 9 (są dwa otworki obok siebie, czyli dwie cyfry 99). Spacja to brak otworków, Literka S ma otworki w wierszu 0 i 2, literka T ma otworki w wierszu 0 i 3, itd. Każdy komputer definiował swój własny kod dla kart perforowanych - całe szczęście, iż odeszły one już do historii.

obrazek
Konrad Zuse

Na podobnej zasadzie pracuje taśma perforowana (ang. punched tape), którą wykorzystywał w 1936 roku w swoich komputerach Konrad Zuse - twórca pierwszego, działającego komputera dwójkowego. Dzieje życia oraz dorobek Konrada Zuse możesz poznać z dwóch artykułów opublikowanych w naszym serwisie:

Życie i praca Konrada Zuse
Dziedzictwo Konrada Zuse

obrazek

Jako materiału Konrad Zuse wykorzystywał taśmę ze starymi filmami kinowymi (jakimi - nie wiadomo). Informacja zapisywana była w formie kombinacji dziurek wybijanych w specjalnym urządzeniu, które również skonstruował Zuse dla swojej maszyny. Taśma perforowana (czy karty perforowane) pozwalała zapisywać tylko dane wejściowe dla maszyny lub tylko wyniki. Nie mogła służyć do chwilowego przechowywania informacji - np. wyników pośrednich przy różnych obliczeniach matematycznych. Z tego powodu Zuse skonstruował dodatkową pamięć wewnętrzną dla swojej maszyny liczącej. Była to pamięć mechaniczna, w której bity (tak, bity - maszyna Zusego pracowała w systemie binarnym) zapamiętywane były przy pomocy odpowiednich przesunięć blaszek i zatrzasków. Całość wyglądała jak na poniższej fotografii, która przedstawia egzemplarz komputera Z3, zrekonstruowanego w latach 90-tych ubiegłego stulecia i który można obejrzeć w Berlińskim Muzeum Techniki.

obrazek

W pamięci tej maszyna cyfrowa mogła składować dane w postaci 64 liczb zmiennoprzecinkowych. Program zapisany na karcie perforowanej odwoływał się do tych danych, dzięki czemu maszyna Zusego bez problemu realizowała nawet zaawansowane obliczenia numeryczne (np. całki, różniczki itp.).

Wadą pamięci mechanicznej była jej powolność oraz zawodność - blaszki czasami się zacinały powodując awarię maszyny. Mimo tych niedogodności jeden z późniejszych komputerów Zusego przez wiele lat po wojnie pracował jako jedyna maszyna cyfrowa w Europie do badań nad metodami numerycznymi.

Na początku lat 50-tych ubiegłego wieku rozpowszechniły się elektroniczne maszyny cyfrowe. Szybkość i niezawodność działania pamięci wewnętrznej stały się kluczowym elementem tych maszyn. Opracowano zatem wiele ciekawych konstrukcji pamięci komputerowych.

1947 - wynalezienie magnetycznej pamięci ferrytowej (ang. magnetic core memory). Zasada działania opierała się na magnesowaniu malutkich rdzeni ferrytowych. Stan namagnesowania jest stały i można go odczytywać. Każdy rdzeń przechowuje informację o jednym bicie. Na poniższym obrazku widzimy fragment takiej pamięci ferrytowej. Rdzenie posiadają formę małych pierścieni wykonanych z ferrytu, przez które przechodzą przewody magnesujące i odczytujące stan namagnesowania (odczyt niszczył zapamiętaną informację, ponieważ rdzenie się przemagnesowywały, dlatego układy sterujące pamięcią ferrytową zawierały specjalne obwody regenerujące dane po każdym odczycie). Pamięć magnetyczna była pamięcią nieulotną - tzn. nie traciła informacji po wyłączeniu zasilania.

obrazek

Aby uzyskać odpowiednio dużą pojemność, pamięć maszyny cyfrowej montowano z wielu plastrów ferrytowych, co widzimy na poniższej fotografii:

obrazek

1947 - wynalezienie magnetycznej pamięci bębnowej (ang. magnetic drum memory). Zasada działania polegała na zapisie informacji binarnej w postaci ścieżek magnetycznych na obwodzie bębna pokrytego specjalnym materiałem magnetycznym. Bęben obracając się pozwalał na ciągły zapis i odczyt danych. Ilość przechowywanej informacji zależała od liczby ścieżek oraz pojemności każdej ścieżki. Na poniższym obrazku możemy zobaczyć takie urządzenie będące pradziadkiem współczesnych dysków twardych.

obrazek

1949 - wynalezienie pamięci z ultradźwiękową linią opóźniającą (ang. ultrasonic delay line memory). Informacja pamiętana była w postaci fali ultradźwiękowej przemieszczającej się w tubie wypełnionej rtęcią. Na jednym końcu tuby znajdował się kwarcowy nadajnik, a na drugim kwarcowy odbiornik drgań. Dane z odbiornika po odpowiedniej regeneracji kształtu fali były z powrotem kierowane do nadajnika - informacja krążyła w kółko. Pojemność pamięci zależała od długości tuby z linią opóźniającą oraz od ilości tub. Dane można było odczytywać, gdy pojawiły się na wyjściu. Zapis polegał na wprowadzaniu danych na wejściu w odpowiednich przedziałach czasowych.

obrazek

1951 - pierwsze zastosowanie taśmy magnetycznej (ang. magnetic tape memory) do zapisu informacji w komputerze UNIVAC. Urządzenie zapisujące nosiło nazwę UNISERVO, a nośnikiem była cienka, półcalowa taśma wykonana z paska fosforobrązu pokrytego niklem. Na jednym calu taśmy mieściło się 128 znaków - zapis wykonywany był na 8 równoległych ścieżkach magnetycznych z prędkością stu cali na sekundę (2,54 m/s), co w efekcie dawało strumień danych o szybkości 12800 znaków na sekundę.

obrazek

1966 - powstaje firma Intel i rozpoczyna budowę oraz sprzedaż pamięci półprzewodnikowych (ang. semiconductor memory). Półprzewodnikowe pamięci elektroniczne stają się coraz bardziej popularne, gdyż posiadają wiele zalet nad swoimi rywalami - małe rozmiary, niewielki pobór energii, rosnącą pojemność wraz z rozwojem układów scalonych oraz malejącą cenę. Pamięć komputera zaczyna się różnicować na szybką pamięć operacyjną (ang. system memory), w której komputer przechowuje wykonywane programy oraz przetwarzane dane, i na znacznie wolniejszą pamięć masową (ang. mass storage memory), w której przechowywane są duże ilości informacji. Poniżej słynny układ scalony Intel 1103 o pojemności 1kb (1024 bity).

obrazek

Współczesne pamięci komputerowe są bardzo szybkie i posiadają olbrzymie pojemności - liczone w giga bajtach. Na tym polu wciąż trwa szybki rozwój i trudno przewidzieć czym zaskoczą nas w przyszłości producenci komponentów komputerowych.

obrazek

Na początek:  podrozdziału   strony 

Zespół Przedmiotowy
Chemii-Fizyki-Informatyki

w I Liceum Ogólnokształcącym
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie
ul. Piłsudskiego 4
©2020 mgr Jerzy Wałaszek

Materiały tylko do użytku dydaktycznego. Ich kopiowanie i powielanie jest dozwolone
pod warunkiem podania źródła oraz niepobierania za to pieniędzy.

Pytania proszę przesyłać na adres email: i-lo@eduinf.waw.pl

Serwis wykorzystuje pliki cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać, zablokuj je w swojej przeglądarce.
Informacje dodatkowe.