Varför måste RAM vara flyktigt?

Dator RAM är flyktigt; Allt som lagras i det försvinner så fort elen är avstängd. Varför, exakt, är datorns RAM flyktig? Läs vidare när vi undersöker fysiken för att bygga höghastighetsdatorminne. 

Dagens Question & Answer-session kommer till oss med tillstånd av SuperUser-en indelning av Stack Exchange, en community-driven gruppering av Q & A-webbplatser.

Frågan

SuperUser-läsaren Chintan Trivedi är nyfiken varför exakt datorns RAM måste vara flyktig:

Om datorns RAM skulle vara icke-flyktigt som andra ihållande lagring [typer], skulle det inte vara något sådant som uppstartstid. Varför är det inte möjligt att ha en icke-flyktig rammodul? Tack.

Även om det finns typer av icke-flyktigt RAM (som kallas NVRAM och finns i alla typer av program som att lagra data i din Wi-Fi-router), hänvisar Chintan specifikt till den typ av RAM som finns i datorer. Vad hindrar oss från att använda NVRAM på våra stationära och bärbara datorer?

Svaret

SuperUser-bidragsgivare MSalters erbjuder viss inblick i hur vi inte kan undvika de fysiska begränsningarna (dock mikroskopiska skalan) av hårdvaran:

Djupt ner är det på grund av fysik.

Eventuellt icke-flyktigt minne måste lagra sina bitar i två tillstånd som har en stor energibarriär mellan dem, annars skulle det minsta inflytandet förändra biten. Men när vi skriver till det minnet måste vi aktivt övervinna den energibarriären.

Designer har ganska frihet att ställa in dessa energibarriärer. Ställ det lågt 0. 1, och du får minne som kan omskrivas mycket utan att generera mycket värme: snabb och flyktig. Ställ in energibarriären högt 0 | 1 och bitarna stannar nästan för alltid, eller tills du förbrukar allvarlig energi.

DRAM använder små kondensatorer som läcker ut. Större kondensatorer skulle läcka mindre, vara mindre flyktiga, men ta längre tid att ladda.

Flash använder elektroner som skjuts i högspänning i en isolator. Energibarriären är så hög att du inte kan ta ut dem på ett kontrollerat sätt. Det enda sättet är att städa ett helt block av bitar.

Med andra ord är det enda sättet att göra RAM så hög hastighet som vi behöver för modern datoroperation, att hålla motståndet mellan statliga förändringar extremt lågt (och därigenom göra RAM-volatila och mottagliga för data-radering i samband med strömförlust ).

Har du något att lägga till förklaringen? Ljud av i kommentarerna. Vill du läsa mer svar från andra tech-savvy Stack Exchange-användare? Kolla in hela diskussionsgängan här.