Giải thích về các loại bộ nhớ và lưu trữ máy tính khác nhau

Chiếc iPhone đầu tiên ra mắt vào năm 2007 và có dung lượng lưu trữ từ 4GB đến 8GB—nơi lưu trữ tất cả các tệp như ảnh và nhạc. Ngày nay, bạn có thể chọn một chiếc điện thoại thông minh Android có dung lượng lưu trữ 512GB, nhiều hơn 64 lần so với iPhone ban đầu.

Trong công nghệ, 16 năm là hàng thế kỷ. Nhưng đó không phải là toàn bộ câu chuyện. Ví dụ: bộ nhớ và bộ lưu trữ phục vụ các chức năng tương tự—che chở các bit và byte—nhưng hoạt động khác nhau.

Sự khác biệt giữa Bộ nhớ, Lưu trữ và Bộ nhớ cache là gì?

Mọi người sử dụng “bộ nhớ” và “lưu trữ” làm từ đồng nghĩa. Nó có ý nghĩa nhưng là sai, tuy nhiên. Sự giống nhau là rõ ràng; cả hai đều giữ dữ liệu và được đo bằng byte, nhưng cách sử dụng khác nhau.

Lưu trữ tập trung vào lưu trữ lâu dài, tốt… Lưu trữ. Các tập tin được giữ ở đó, không bị xáo trộn, cho đến khi cần thiết. Trong khi đó, bộ nhớ (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên—RAM) là tất cả về dữ liệu mà máy tính cần truy cập nhanh. Ví dụ: các tệp đang được sử dụng, dữ liệu liên quan đến các ứng dụng đang mở và các tệp hệ điều hành quan trọng được giữ trong bộ nhớ hệ thống. Đó là bởi vì bộ nhớ nhanh hơn lưu trữ. Thật không may, nó cũng đắt hơn nên dung lượng RAM nhỏ hơn dung lượng lưu trữ.

Nhưng chúng ta đang đi trước chính mình. Hãy giải thích từng cái một cách chi tiết.

Bộ nhớ đệm CPU

RAM là viết tắt của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên. Như đã giải thích ở trên, đây là nơi dữ liệu được lưu trữ để có thể truy cập dễ dàng.

Tuy nhiên, bộ nhớ cache đã được tạo ra vào những năm 1980 vì lúc đó bộ nhớ không đủ nhanh. Bộ nhớ cache hoạt động tương tự như RAM nhưng nhanh hơn. Nó nằm ở đầu bảng xếp hạng tốc độ và được tích hợp trực tiếp vào bộ xử lý trung tâm (CPU) mà máy tính của bạn được xây dựng xung quanh.

Bộ nhớ cache cực nhanh nhưng thậm chí còn đắt hơn cả RAM. Công suất nhỏ bé của nó cho thấy điều đó. Ví dụ: hầu hết các máy tính hiện nay đều có RAM khoảng 8-32GB. Ngược lại, bộ đệm nhanh nhất, L1, thường có dung lượng lưu trữ hàng kilobyte, trong khi bộ đệm L3 (lớn nhất) lên tới hàng chục MB (mặc dù một số CPU hiện có bộ đệm L3 có dung lượng hàng trăm MB).

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM)

Một tệp được lưu trữ, khi được mở, sẽ được sao chép vào RAM. Các ứng dụng hiện đang chạy và một số phần của hệ điều hành cũng được giữ ở đó. RAM được tạo ra vào khoảng cuối những năm 1940, cho phép lưu trữ và truy xuất dữ liệu theo bất kỳ thứ tự nào—do đó có tên “ngẫu nhiên”. RAM là “bộ lưu trữ dễ bay hơi.” Nội dung của nó bị xóa khi tắt thiết bị và dòng điện ngừng chảy.

Có rất nhiều loại RAM, quá.

SDRAM

Máy tính từ những năm 1990 đã sử dụng RAM động đồng bộ (SDRAM). Đó là ý của ai đó khi họ nói, “máy tính này có 16GB RAM”.

Nhiều thiết bị hiện sử dụng RAM DDR5 (bộ nhớ thế hệ thứ 5 tốc độ dữ liệu kép—phiên bản mới nhất tại thời điểm viết bài) làm SDRAM. Tuy nhiên, nó vẫn còn đắt, vì vậy DDR4 vẫn là chủ đạo. Bạn thậm chí sẽ tìm thấy các mô-đun DDR3 cũ hơn trong các máy tính và điện thoại cũ hơn.

Mô-đun bộ nhớ có hai kích cỡ: DIMM dành cho máy tính để bàn và SODIMM dành cho máy tính xách tay và máy tính nhỏ. Gần đây, một yếu tố hình thức mới, CAMM, đã được đề xuất cho máy tính xách tay. CAMM có lợi thế hơn SODIMM nhưng chưa phải là một tiêu chuẩn phổ biến.

Hiện tại, thường có hai loại SDRAM: mô-đun hoặc hàn. Các yếu tố hình thức khác nhau, nhưng chúng hoạt động như nhau.

RAM hàn được sử dụng trong điện thoại thông minh, máy tính bảng và một số máy tính xách tay. Máy tính Apple hiện đại cũng sử dụng RAM hàn vì nó có thể cải thiện hiệu suất. Máy tính xách tay có RAM được hàn có thể có một hoặc nhiều khe cắm bộ nhớ để mở rộng trong tương lai, nhưng điều đó thường không xảy ra. Không thể nâng cấp máy tính chỉ sử dụng RAM hàn. Chúng thường có thể được tùy chỉnh trong khi mua, nhưng bạn không thể mở rộng chúng sau này.

RAM video (VRAM)

Đôi khi dữ liệu yêu cầu tốc độ nhanh hơn SDRAM, nhưng có nhiều thứ hơn là dung lượng bộ đệm. Ví dụ phổ biến nhất là các tác vụ sử dụng nhiều đồ họa—chơi game nặng, chỉnh sửa video hoặc tạo mô hình 3D.

Chúng cần RAM video (VRAM) được đặt tên phù hợp. GDDR6X, loại nhanh nhất hiện nay, vượt qua tốc độ của DDR5 gấp 20 lần. Nó cũng được hàn vào GPU, đảm bảo độ trễ thấp hơn. Thật không may, bạn không thể mua thêm VRAM vì nó được hàn trên các card đồ họa rời, không được bán dưới dạng mô-đun.

GPU tích hợp (iGPU) cũng rất phổ biến. Chúng được tích hợp vào CPU và có một lượng nhỏ VRAM chuyên dụng (megabyte so với gigabyte đối với GPU chuyên dụng). GPU tích hợp sử dụng bộ nhớ hợp nhất, là SDRAM được chia sẻ giữa CPU và iGPU. CPU xác định lượng RAM khả dụng cho đồ họa, lấy lại một số khi cần. Hạn chế của bộ nhớ hợp nhất là băng thông và dung lượng thấp hơn.

RAM không bay hơi (NVRAM)

Chúng tôi đã nói RAM là dễ bay hơi, phải không? Nhưng có một cách gọi sai: Non-Volatile RAM (NVRAM). Được tạo ra vào những năm 1960, nó có nhược điểm so với RAM dễ bay hơi, vì vậy loại sau phổ biến hơn.

NVRAM “thành công” gần đây là Optane của Intel và Micron. Trông giống như—và đôi khi hoạt động như—một SSD PCIe nhanh hơn, Optane hoạt động như RAM với các CPU Intel cụ thể. Nó không nhanh bằng SDRAM, với giá cả và dung lượng cũng ở giữa. Các nhà sản xuất đã ngừng sản xuất Optane vào năm 2021.

Có hai loại—có lẽ một loại rưỡi—rất cụ thể của NVRAM được sử dụng rộng rãi. Cái đầu tiên được sử dụng với UEFI trong các bo mạch chủ hiện đại (UEFI thay thế BIOS cũ hơn). Cài đặt UEFI được lưu trong NVRAM vì nó tải trước khi có bất kỳ bộ nhớ nào. Bản thân UEFI được lưu trữ trong chip ROM—sẽ sớm nói thêm về điều đó.

Loại “một nửa” là RAM dễ bay hơi sử dụng pin để duy trì nguồn điện khi thiết bị đã tắt. Điều này được sử dụng để giữ một lượng nhỏ dữ liệu cần thiết cho các tác vụ đơn giản hơn. Các bo mạch chủ vẫn sử dụng BIOS cũ hơn sẽ sử dụng cái này. Các bảng điều khiển trò chơi cũ hơn sử dụng hộp mực và/hoặc thẻ nhớ lưu trữ các tệp lưu bằng RAM dễ bay hơi và pin.

Bộ nhớ chỉ đọc (ROM)

Các hộp trò chơi đó được lưu trữ trên chip ROM, cũng như UEFI và BIOS. Bất kỳ đĩa quang không thể ghi lại nào, chẳng hạn như Blu-ray, cũng là một loại ROM.

Tuy nhiên, ở đây và ở đó, các nhà sản xuất phát hành bản cập nhật UEFI. Vậy làm thế nào chúng “chỉ đọc” nếu chúng có thể được viết?

Đây là ROM có thể xóa bằng điện (EEPROM). Cập nhật trên EEPROM được thực hiện thông qua các quy trình rất chậm và cẩn thận. Đó là do bản cập nhật UEFI hoặc BIOS bị lỗi có thể làm hỏng bo mạch chủ của bạn.

ROM thông thường cũng cần phải được viết. Một lần nữa, các chi tiết phụ thuộc vào phương tiện truyền thông. Ví dụ, ROM quang có thể được ghi vào một lần, trong khi chip ROM cần máy móc công nghiệp, sau đó trở thành chỉ đọc. ROM có thể lập trình (PROM) có thể ghi được bằng các thiết bị rẻ tiền hơn, phổ biến đối với những người có sở thích.

Lưu trữ máy tính: Từ Cardboard đến Cloud

Như đã giải thích trước đây, lưu trữ giữ dữ liệu lâu dài. Các máy tính đầu tiên sử dụng các tông đục lỗ cho việc này. Chúng chứa các chương trình máy tính và phải được đục lỗ cẩn thận bằng mã nhị phân mà máy có thể đọc được—chắc chắn là không thân thiện với người dùng.

Lưu trữ từ tính

Sự phát triển lớn đầu tiên trong lưu trữ máy tính xảy ra vào những năm 1950 khi băng từ được sử dụng để lưu trữ lượng dữ liệu lớn hơn.

Lưu trữ từ tính là một ý tưởng tuyệt vời, vì vậy đĩa cứng được xây dựng trên đó. Ổ đĩa cứng (HDD) là loại lưu trữ máy tính chính từ những năm 1960 cho đến ngày nay. Nhưng ngay cả những đĩa cứng tốt nhất cũng cần các bộ phận chuyển động khiến thiết bị dễ bị hư hỏng và ảnh hưởng đến tốc độ.

Bộ nhớ flash, chẳng hạn như ổ cứng thể rắn (SSD), giải quyết được cả hai vấn đề. Được làm bằng chip silicon, giống như RAM, loại lưu trữ này đọc và ghi dữ liệu bằng điện.

Bộ nhớ ngoài: Dữ liệu khi đang di chuyển

Tất cả phương tiện đó được gọi là bộ nhớ trong: những thứ được giữ bên trong máy tính và chỉ được sử dụng ở đó. Nhưng mọi người thỉnh thoảng cần lấy dữ liệu ở đâu đó.

Bộ nhớ ngoài thực sự cũ như chính máy tính. Thẻ đục lỗ được lắp vào một khe cắm, do đó, bộ nhớ có thể tháo rời về mặt kỹ thuật. Băng có thể lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn, nhưng ổ cứng ra đời ngay sau đó và tốt hơn đáng kể. Băng rẻ hơn để sản xuất và nhỏ hơn trở nên phổ biến như phương tiện truyền thông bên ngoài.

Đầu tiên, nó được thay thế bằng đĩa mềm. Ổ đĩa quang lẽ ra phải là bước tiếp theo, nhưng các phiên bản có thể ghi lại quá đắt.

Vì vậy, khách hàng nhanh chóng chuyển sang lưu trữ flash. Ổ đĩa ngón tay cái và ổ cứng HDD hoặc SSD bên ngoài—giống như các ổ đĩa bên trong, nhưng có USB.

Lưu trữ đám mây đang thay thế flash làm phương tiện bên ngoài. Tuy nhiên, vì nó cần kết nối internet liên tục nên nó sẽ không thay thế hoàn toàn bộ nhớ ngoài di động.

Lưu trữ dự phòng

Cuối cùng, có bộ nhớ dự phòng. Nó hoạt động giống như bất kỳ loại lưu trữ nào khác—phương tiện đều giống nhau. Sự khác biệt là mục đích: sao lưu là một dự phòng an toàn.

Sao lưu nội bộ—khi bộ nhớ trong gồm hai ổ đĩa trở lên được sao chép trong thời gian thực—không được hầu hết mọi người sử dụng rộng rãi nhưng lại rất quan trọng đối với các doanh nghiệp. Các bản sao lưu bên ngoài, chẳng hạn như ổ cứng USB hoặc SSD, bộ lưu trữ gắn mạng (NAS) và thậm chí cả các giải pháp đám mây, phổ biến hơn.

Các công ty cần số lượng lớn dự phòng dự phòng thường dùng đến “dự phòng lạnh”. Điều này ít xảy ra hơn và bộ lưu trữ bị ngắt kết nối khỏi máy tính khi không sử dụng. Thật kỳ lạ, băng từ, được sử dụng trong “khắc phục thảm họa”, vẫn còn phổ biến cho đến ngày nay.

Bộ nhớ cache, lưu trữ và bộ nhớ đều đóng các vai trò khác nhau

Bộ nhớ cache, bộ nhớ và bộ lưu trữ đều đóng những vai trò khác nhau nhưng quan trọng trong việc duy trì hoạt động của máy tính. Trong tương lai, chúng ta có thể sẽ thấy dung lượng của tất cả các loại bộ nhớ này tăng lên và nghiên cứu về điều này là một lĩnh vực cạnh tranh.