איך המחשב זוכר כל מה ש'אומרים' לו?

נפלאות הזיכרון

פעם, כשהיו אומרים 'זיכרון', היה ברור שמתכוונים ליכולת המוח האנושי לשמור לאורך זמן ידע, חוויות, שפות, מראות, מידע מקצועי ועוד. בימינו שוב אין זה ברור. אנו יודעים שגם למחשב יש זיכרון, ממש כמו לבני אדם. נוהגים לומר שהמעבד, כמו פנטיום 4 למשל, הוא מוחו של המחשב; אך המחשבים בפעולתם, כמונו, תלויים בטכנולוגיית הזיכרון לא פחות משהם תלויים ביכולת עיבוד המידע – זה שהוטבע זה מכבר בזיכרונם עם 'הולדתם' (תהליך הייצור) וזה החדש שאנו מכניסים לתוכם.

זיכרונות ממוספרים

למעשה עושים המחשבים שימוש בזיכרון לשתי מטרות נפרדות לחלוטין:
1. לאחסן מידע.
2. לאחסן הוראות הפעלה, כלומר איך להתייחס למידע ומה לעשות בו.
שתי המשימות חקוקות על לוח 'לבו' של המחשב בשפה מיוחדת, המורכבת מרצפים של שתי ספרות בלבד: '0' ו- '1'. למטרה הראשונה מייצגות הספרות תוכן (מספרים, אותיות, תמונות, או קולות), בעוד שלמטרה השנייה, הן מייצגות קודים של פקודות המורות למעבד איך לפעול על המידע הנאגר במקום אחר בזיכרונו. לדוגמה, המחשב יכול לשמור בזיכרונו בשני מקומות שונים את הרצפים הבאים: '00010111' ,'00001000', להתייחס אליהם כמספרים שתרגומם בשיטה העשרונית הוא '23' ו- '8', ולפעול עליהם פעולה חשבונית (חיבור, למשל). אולם לשם כך הוא צריך לקרוא, ממקום אחר בזיכרונו, פקודה הכתובה אף היא כרצף של '0' ו- '1'. תוצאת הפעולה, במקרה זה '00011111' (השווה ל-31), נשמרת במקום אחר בזיכרון.

המחשבים של פעם

המחשב האלקטרוני הראשון (1946) הכיל זיכרון בגודל 1600 ביט (ספרות בינריות). בקיבולת כזו הוא יכול היה בקושי להכיל פיסקה אחת מכתבה זו. אולם מחירו היה גבוה אלפי מונים ממחיר מחשב פנטיום ביתי של היום, המכיל זיכרון של כמיליארד ביט. הישג זה נזקף לזכות ההתקדמות העצומה בטכנולוגיית הזיכרון מאז שנות הארבעים של המאה הקודמת.
ב'ימי קדם' של המחשבים נשמר המידע בזיכרון המחשב על ידי גלי קול שהועברו בצינורות ארוכים מלאים בנוזל. הפעימות נוצרו בקצה אחד של הצינור ושיגרו גלים שנעו לאורך הצינור עד הגיעם, לאחר זמן קצר, לקצה השני. שם נקלטו, הוגברו ונשלחו חזרה ל'טייל' בצינור הלוך וחזור, לפי הצרכים שנבעו מהשימוש בזיכרון. מערכת מסורבלת זו הייתה יכולה לזכור רק כמה מאות מילים.

זיכרון בן זמננו של כמיליארד ביט (למעלה), לעומת זיכרון הסיליקון הראשון של 1000 ביט.

הזיכרון גדל

בשנת 1952 המציא ג'יי פורסטר (Jay W. Forrester) התקן זיכרון מגנטי שהוכנס לשימוש בכל מחשבי שנות החמישים והשישים. טכנולוגיה זו הגדילה את הזיכרון למאות-אלפי ביט, אך הייתה מורכבת ויקרה ביותר. ואז, בשנת 1970, באה הפריצה הגדולה עם המצאת התקן הזיכרון '1103' - המוצר המצליח הראשון של אינטל. ההתקן הכיל 1000 ביט על שבב זעיר של סיליקון ושינה את פני עולם המחשבים. שבב הסיליקון היה זול ואמין והזיכרון המגנטי הפך להיסטוריה.
עם שכלול הטכנולוגיה הלכו השבבים והתמזערו, ואילו הזיכרון שהכילו הלך וגדל והוא מכפיל את קיבולו מדי שנה וחצי. היום מכיל שבב יחיד פי 100,000 יותר מידע משהכיל שבב ה- 1103, למרות שעיקרון הפעולה נשאר כשהיה. זו אחת הסיבות שמחירי המחשבים היום הם בהישג ידן של רוב המשפחות במדינות המפותחות.

מה קורה כשהמחשב 'שוכח'?

למרות שהזיכרון, כאמור, משמש בתפקידים דומים במוח האדם ובמוח המחשב, הם שונים באופן עקרוני בשיטת האיחסון. הזיכרון הביולוגי שמור כשהוא מפוזר בתאים רבים מאוד במוח, ונזק לאחד מהם אינו פוגע במאגר המידע. במחשב, לעומת זאת, נזק לביט אחד יכול לגרום לטעויות בלתי צפויות. אם התקלה היא בזיכרון המידע, עלולים להשתנות מספרים או אותיות. אך אם היא בזיכרון התוכנה, יבצע המחשב הוראות שגויות, פעולתו תשתבש, וסביר שהוא יקרוס.
מערכות הזיכרון במחשבים של היום הן אמינות מאד, אולם השגת האמינות לא הייתה קלה. בתקופה הראשונה של השימוש בשבבי זיכרון התרחשו שיבושים שהיוו תעלומה עבור מהנדסי אינטל. רק לאחר עבודה מאומצת ביותר נתגלה, שתכולת תאי הזיכרון נמחקה בהשפעת חלקיקים זעירים שמקורם בקרינה קוסמית מהחלל החיצון, או בתהליכים רדיואקטיביים טבעיים על פני כדור הארץ. שגיאות אלה כונו "שגיאות רכות" (soft errors), שכן השבב עצמו לא נפגע, רק תכולת הזיכרון שלו שובשה. קרינה קוסמית אינה ניתנת למניעה, אולם המהנדסים פיתחו שיטות לגילוי השגיאות הרכות ותיקונן על ידי תוספת קודים מיוחדים למאגר הזיכרון, וכך הצליחו להתגבר על הבעיה.

זיכרון מגנטי ממחשב IBM משנות החמישים.