十九、内存&存储介质
之前我们已经讲过内存，内存在断电之后存储的内容就会消失，所以内存叫**“易失性”存储器**(volatile memory)。存储器(Storage)和内存不同，写入存储器的数据——例如硬盘——数据会一尺存储着，断电也不会丢失，除非其被覆盖或者被删除。存储器是“非易失性 ”的，以前是易失性的存储速度快、非易失性的存储速度慢，现在这二者之间的差距逐渐缩小。
最早的存储介质是打孔纸卡 以及打孔纸带，纸卡不耗电且便宜耐用，但是读取慢而且只能写入一次(write-once)——因为打的孔无法轻易不上。
对于存储临时值，纸卡不好用。建造ENIAC中，J.Presper Eckert提出了延迟线存储器(delay line memory)，原理如下：用一个管子装满水银，一端放扬声器、一端放麦克风，扬声器发出脉冲时会产生压力波，压力波需要时间传播到另一端的麦克风，麦克风将压力波转换会电信号，因此我们可以用压力波的延迟来存储数据。假如有压力波代表1，没有代表0，扬声器输出10100111，压力波沿管子传播，过了一会儿撞上麦克风，将信号再装换为10100111。如果再加一个电路，连接麦克风和扬声器，再加一个放大器(Amplifier)弥补信号衰弱，就能做一个存储数据的循环。信号沿电线传播是瞬时的，我们只能看到1bit数据，但是管子中可以存储多个位，由于延迟我们看到每一位信息的传播。Eckert在后面的计算机EDVAC中使用了延迟线存储器，使用了128条盐池县，每条能存储352bits，这使得EDVAC成为最早的存储程序计算机(stored-program computer)之一。
“延迟线存储器”的一大缺点是每一个时刻只能读一位(bit)数据，如果你想访问一个特定的bit，只能等待它在循环中出现，所以它又叫“顺序存储器(sequential memory)”或者“循环存储器(cyclic-access memory)”。但是我们想要的是“随机存取存储器(random access memory)”，可以随时访问任何位置。增加内存密度也是一个挑战，因为压力波如果变得更紧密，那么就会更容易混在一起，所以出现了其他类型的“延迟线存储器”，叫做“磁致伸缩延迟存储器(,agnetostrictive delay lines)”。这个存储器用金属线的震动代表数据，把线卷成线圈，一平方英尺的面积大致可以存储1000bits。然而延迟线存储器在1950s就基本过时了。新技术的性能、可靠性和成本都更加好。
磁芯存储器(magnetic core memory)使用了小型磁圈。如果给磁芯绕上电线并通电，可以将磁芯磁化在一个方向；如果关掉电流，磁芯保持磁化。如果我们再次通电并沿相反方向施加电流，磁化的方向(极性)会翻转。按照这种机制，磁芯就可以存储1和0了！我们可以把磁芯排列成网络，有电线负责选择行列，也有电线贯穿每个磁芯用于读写一位(bit)。磁芯内存的第一次大规模运用是1953年MIT的Whirlwind1计算机。磁芯排列是32*32，用了16块磁芯板，能存储大约16000bits。不像“延迟线存储器”，磁芯存储器能随时访问任何一位(bit)。磁芯存储器从1950s中期开始成为主流并流行了20多年。
1951年Eckert和Mauchly创立了自己的公司，设计了一台叫UNIVAC的新电脑，它推出了一种新存储：磁带(magnetic tape)。磁带是一长条卷在轴上的长条磁性带子，可以在“磁带驱动器”内前后移动。驱动器里面有一个“写头”绕了电线，电流通过产生磁场，导致磁带的一小部分被磁化，电流方向决定了极性，代表1和0。除此之外还有一个“读头”，可以非破坏性地检测极性。
UNIVAC用了半英寸宽，8条并行的磁带，磁带每英寸可以存储128位数据，每卷有1200英尺长，意味着一共可以存1500万位左右。虽然磁带驱动器很贵，但磁带又便宜又小，因此磁带至今仍用于存档。磁带的缺点是访问速度，磁带是连续的，必须倒带或快进到特定位置，可能需要几百英尺才能得到某个字节(byte)，这很慢。1950,60s有一个类似的技术叫“磁鼓存储器(Magnetic Drum Memory)”。有金属圆筒，盖满了磁性材料以记录数据，滚筒会持续旋转，周围有数十个读写头。等滚筒转到正确的位置，读写头会读或写1位(bit)数据。为了尽可能缩短读写过程中的延迟，鼓轮每分钟可以达到上千转。
磁鼓导致了磁盘(hard disk drive)的发展，硬盘和磁鼓很相似：磁鼓使用的是圆柱体，而磁盘使用的是盘。磁盘表面有磁性，允许写入头和读取头，可以处理上面的1和0。硬盘的好处是薄，可以堆叠在一起，从而提供更多表面积来存储数据。IBM创造了世界上第一台磁盘计算机——RAMAC305，它有50张24英寸直径的磁盘，总共能存5MB左右。要访问某个特定bit，一个读/写磁头会向上或向下移动并找到正确的磁盘，然后磁头会滑进去。就像磁鼓存储器一样，磁盘也会高速旋转，所以读写头要等到需要开始读取的部分转到读写头的位置。RAMAC305访问任意数据平均只需要六分之一秒左右，这个时间也叫做寻道时间(seek time)。
内存在计算机中的布局可以采用内存层次结构(memory hierarchy)。一部分高速且昂贵的内存，搭配上一部分稍慢且便宜的内存，再搭配上更慢更便宜的内存。这种混合可以在成本和速度之间取得平衡。
硬盘还有一个亲戚叫软盘 （floppy disk）。除了磁盘是软的，其他部分都是一致的。软盘是为了编写而在1970-1990期间非常流行。密度更高的软盘如zip disks在90年代中期流行起来。光学存储器于1972年出现，形式是12英寸的“激光盘”，后来发展为光盘(compact disk,CD)以及90年代流行的DVD 。其功能和硬盘软盘一样，都是存数据，但用的不是磁性，而是光学性质：光盘表面有很多小坑，造成光的不同反射，光学传感器会捕获到并解码为1和0。如今存储技术在朝固态(solid state)前进，没有机械活动部件(如硬盘和u盘)，固态硬盘内部为纯粹的集成电路(IC)。第一个RAM集成电路出现于1972年，成本1美分/比特，磁芯存储器因此迅速过时。成本下降更多，机械硬盘也被固态硬盘逐渐替代，简称SSD(solid state drives)。SSD没有移动部件，因此没有磁头等待磁盘转动的读写延迟的问题，访问时间低于1/1000秒，但这个速度依旧比RAM慢得多，因此现代计算机仍然使用前面提及的存储层次结构。
以下是本集的总结：
