Самыми ранними формами компьютерной памяти были ртутные линии задержки, представлявшие собой трубки с ртутью, в которых данные хранились в виде ультразвуковых волн, и катодно-лучевые трубки, в которых данные хранились в виде зарядов на экранах трубок. Магнитный барабан, изобретенный около 1948 года, использовал покрытие из оксида железа на вращающемся барабане для хранения данных и программ в виде магнитных шаблонов.
В двоичном компьютере любое бистабильное устройство (то, которое может находиться в любом из двух состояний) может представлять два возможных значения битов — 0 и 1 — и, таким образом, служить компьютерной памятью. Память на магнитных сердечниках, первое относительно дешевое устройство оперативной памяти, появилось в 1952 году. Она состояла из крошечных ферритовых магнитов в форме пончика, нанизанных на точки пересечения двумерной проволочной сетки. По этим проводам протекал ток, изменяющий направление намагниченности каждого сердечника, а третий провод, пропущенный через пончик, определял его магнитную ориентацию.
Первая микросхема памяти на основе интегральной схемы (ИС) появилась в 1971 году. ИС-память хранит бит в комбинации транзистора и конденсатора. Конденсатор имеет заряд для обозначения 1 и не имеет заряда для обозначения 0; транзистор переключает его между этими двумя состояниями. Поскольку заряд конденсатора постепенно уменьшается, память ИС — это динамическая оперативная память (DRAM), которая должна периодически (каждые 20 миллисекунд или около того) обновлять хранящиеся в ней значения. Существует также статическая оперативная память (SRAM), которую не нужно обновлять. Хотя SRAM быстрее DRAM, в ней используется больше транзисторов и, следовательно, она дороже; она используется в основном для внутренних регистров процессора и кэш-памяти.
Помимо основной памяти, в компьютерах обычно имеется специальная видеопамять (VRAM) для хранения графических изображений, называемых растровыми картами, которые выводятся на дисплей компьютера. Эта память часто является двухпортовой — новое изображение может быть сохранено в ней одновременно с чтением и отображением текущих данных.
Чтобы указать адрес в микросхеме памяти, требуется время, а поскольку память работает медленнее, чем процессор, преимущество отдается памяти, которая может быстро передавать серию слов после указания первого адреса. Одна из таких конструкций известна как синхронная DRAM (SDRAM), которая получила широкое распространение в 2001 году.
Тем не менее, передача данных по «шине» — набору проводов, соединяющих процессор с памятью и периферийными устройствами, — является узким местом. По этой причине чипы процессоров теперь содержат кэш-память — небольшой объем быстрой SRAM. В кэше хранятся копии данных из блоков основной памяти. Хорошо спроектированный кэш позволяет выполнять до 85-90 процентов обращений к памяти из него в типичных программах, что дает ускорение доступа к данным в несколько раз.
Время между двумя чтениями или записями в памяти (время цикла) составляло около 17 микросекунд (миллионных долей секунды) для ранней основной памяти и около 1 микросекунды для основной в начале 1970-х годов. У первой DRAM время цикла составляло около половины микросекунды, или 500 наносекунд (миллиардных долей секунды), а сегодня оно составляет 20 наносекунд или меньше. Не менее важным показателем является стоимость одного бита памяти. Первые DRAM хранили 128 байт (1 байт = 8 битам) и стоили около 10 долларов, или 80 000 долларов за мегабайт (миллионы байт). В 2001 году DRAM можно было купить менее чем за 0,25 доллара за мегабайт. Такое значительное снижение стоимости сделало возможными графические пользовательские интерфейсы (GUI), шрифты, используемые в текстовых процессорах, а также манипулирование и визуализацию больших массивов данных с помощью научных компьютеров.
