RAM (Random Access Memory)
La RAM (Random Access Memory) es el hardware de un dispositivo informático en el que se guardan el sistema operativo (OS), los programas de aplicación y los datos en uso para que puedan ser alcanzados rápidamente por el procesador del dispositivo. La RAM es la memoria principal de un ordenador. Es mucho más rápida para leer y escribir que otros tipos de almacenamiento, como un disco duro (HDD), una unidad de estado sólido (SSD) o una unidad óptica.
La memoria de acceso aleatorio es volátil. Esto significa que los datos se conservan en la RAM mientras el ordenador esté encendido, pero se pierden cuando se apaga el ordenador. Cuando el ordenador se reinicia, el sistema operativo y otros archivos se vuelven a cargar en la RAM, normalmente desde un disco duro o SSD.
Función de la RAM
Debido a su volatilidad, la RAM no puede almacenar datos permanentes. La RAM puede compararse con la memoria a corto plazo de una persona, y un disco duro con la memoria a largo plazo de una persona. La memoria a corto plazo se centra en el trabajo inmediato, pero sólo puede mantener a la vista un número limitado de datos en un momento dado. Cuando la memoria a corto plazo de una persona se llena, puede refrescarse con hechos almacenados en la memoria a largo plazo del cerebro.
Un ordenador también funciona así. Si la memoria RAM se llena, el procesador del ordenador debe acudir repetidamente al disco duro para superponer los datos antiguos de la RAM con los nuevos. Este proceso ralentiza el funcionamiento del ordenador.
El disco duro de un ordenador puede llenarse completamente de datos y ser incapaz de aceptar más, pero la RAM no se queda sin memoria. Sin embargo, la combinación de RAM y memoria de almacenamiento puede agotarse por completo.
¿Cómo funciona la RAM?
El término acceso aleatorio aplicado a la RAM proviene del hecho de que se puede acceder directamente a cualquier ubicación de almacenamiento, también conocida como cualquier dirección de memoria. Originalmente, el término memoria de acceso aleatorio se utilizaba para distinguir la memoria central normal de la memoria fuera de línea.
La memoria fuera de línea se refería normalmente a la cinta magnética desde la que sólo se podía acceder a un dato específico localizando la dirección secuencialmente, empezando por el principio de la cinta. La memoria RAM está organizada y controlada de forma que permite almacenar y recuperar datos directamente desde y hacia ubicaciones específicas.
También se accede a otros tipos de almacenamiento -como el disco duro y el CD-ROM- de forma directa o aleatoria, pero el término acceso aleatorio no se utiliza para describir estos otros tipos de almacenamiento.
La memoria RAM es similar en concepto a un conjunto de cajas en las que cada caja puede contener un 0 o un 1. Cada caja tiene una dirección única que se encuentra contando a través de las columnas y hacia abajo de las filas. Un conjunto de cajas de RAM se denomina matriz, y cada caja se conoce como celda.
Para encontrar una celda específica, el controlador de RAM envía la dirección de la columna y la fila por una fina línea eléctrica grabada en el chip. Cada fila y columna de una matriz de RAM tiene su propia línea de dirección. Cualquier dato que se lea fluye de vuelta por una línea de datos separada.
La RAM es físicamente pequeña y se almacena en microchips. También es pequeña en cuanto a la cantidad de datos que puede contener. Un ordenador portátil típico puede venir con 8 gigabytes de RAM, mientras que un disco duro puede contener 10 terabytes.
Un disco duro, por otro lado, almacena datos en la superficie magnetizada de lo que parece un disco de vinilo. En cambio, un SSD almacena los datos en chips de memoria que, a diferencia de la RAM, no son volátiles. No dependen de tener energía constante y no pierden los datos una vez que se apaga la energía. Los microchips de RAM se agrupan en módulos de memoria. Éstos se conectan a las ranuras de la placa base del ordenador. Se utiliza un bus, o un conjunto de rutas eléctricas, para conectar las ranuras de la placa base con el procesador.
La mayoría de los PC permiten a los usuarios añadir módulos de RAM hasta un determinado límite. Tener más memoria RAM en un ordenador reduce el número de veces que el procesador debe leer datos del disco duro, una operación que tarda más que la lectura de datos de la RAM. El tiempo de acceso a la RAM se expresa en nanosegundos, mientras que el tiempo de acceso a la memoria de almacenamiento se expresa en milisegundos.
¿Cuánta RAM necesitas?
La cantidad de RAM necesaria depende de lo que el usuario esté haciendo. Para la edición de vídeo, por ejemplo, se recomienda que el sistema tenga al menos 16 GB de RAM, aunque es deseable que tenga más. Para la edición de fotos con Photoshop, Adobe recomienda que un sistema tenga al menos 3 GB de RAM para ejecutar Photoshop CC en un Mac. Sin embargo, si el usuario está trabajando con otras aplicaciones al mismo tiempo, incluso 8 GB de RAM pueden ralentizar las cosas.
Tipos de RAM
La RAM se presenta en dos formas principales:
- La memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) constituye la memoria RAM típica de los dispositivos informáticos y, como se ha señalado anteriormente, necesita que esté encendida para conservar los datos almacenados.
Cada celda de DRAM tiene una carga o falta de carga mantenida en un condensador eléctrico. Estos datos deben refrescarse constantemente con una carga electrónica cada pocos milisegundos para compensar las fugas del condensador. Un transistor sirve como puerta, determinando si el valor de un condensador puede leerse o escribirse.
- La memoria estática de acceso aleatorio (SRAM) también necesita energía constante para mantener los datos, pero no necesita ser refrescada continuamente como lo hace la DRAM.
En la SRAM, en lugar de que un condensador mantenga la carga, el transistor actúa como un interruptor, con una posición que sirve como 1 y la otra posición como 0. La RAM estática requiere varios transistores para retener un bit de datos en comparación con la RAM dinámica, que sólo necesita un transistor por bit. Como resultado, los chips SRAM son mucho más grandes y más caros que una cantidad equivalente de DRAM.
Sin embargo, la SRAM es significativamente más rápida y utiliza menos energía que la DRAM. Las diferencias de precio y velocidad hacen que la RAM estática se utilice principalmente en pequeñas cantidades como memoria caché dentro del procesador de un ordenador.
Historia de la RAM: RAM vs. SDRAM
La RAM era originalmente asíncrona porque los microchips de RAM tenían una velocidad de reloj diferente a la del procesador del ordenador. Esto suponía un problema a medida que los procesadores se hacían más potentes y la RAM no podía seguir el ritmo de las peticiones de datos del procesador.
A principios de la década de 1990, las velocidades de reloj se sincronizaron con la introducción de la RAM dinámica sincrónica, o SDRAM. Al sincronizar la memoria de un ordenador con las entradas del procesador, los ordenadores pudieron ejecutar tareas más rápidamente.
Sin embargo, la SDRAM original de tasa de datos única (SDR SDRAM) alcanzó su límite rápidamente. Alrededor del año 2000, se desarrolló la memoria de acceso aleatorio sincrónica de doble velocidad de datos (DDR SRAM). Esta memoria movía los datos dos veces en un solo ciclo de reloj, al principio y al final.
La SDRAM DDR ha evolucionado tres veces, con la DDR2, la DDR3 y la DDR4, y cada iteración ha supuesto una mejora en la velocidad de transmisión de datos y una reducción en el consumo de energía. Sin embargo, cada versión de DDR ha sido incompatible con las anteriores porque, con cada iteración, los datos se manejan en lotes más grandes.
GDDR SDRAM
La SDRAM de doble velocidad de datos para gráficos (GDDR) se utiliza en tarjetas gráficas y de vídeo. Al igual que la SDRAM DDR, esta tecnología permite mover los datos en varios puntos del ciclo de reloj de la CPU. Sin embargo, funciona a voltajes más altos y tiene una sincronización menos estricta que la DDR SDRAM.
En tareas paralelas, como el renderizado de vídeo 2D y 3D, los tiempos de acceso ajustados no son tan necesarios, y la GDDR puede permitir las mayores velocidades y el ancho de banda de memoria necesarios para el rendimiento de la GPU.
Al igual que la DDR, la GDDR ha pasado por varias generaciones de desarrollo, y cada una de ellas ha proporcionado más rendimiento y menor consumo de energía. GDDR6 es la última generación de memoria gráfica.
Memoria RAM vs. memoria virtual
Un ordenador puede quedarse corto de memoria, especialmente cuando se ejecutan varios programas simultáneamente. Los sistemas operativos pueden compensar la escasez de memoria física mediante la creación de memoria virtual.
Con la memoria virtual, los datos se transfieren temporalmente de la RAM al almacenamiento en disco, y el espacio de direcciones virtuales se incrementa utilizando la memoria activa de la RAM y la memoria inactiva de un disco duro para formar direcciones contiguas que contengan una aplicación y sus datos. Usando la memoria virtual, un sistema puede cargar programas más grandes o múltiples programas que se ejecutan al mismo tiempo, dejando que cada uno opere como si tuviera memoria infinita sin tener que añadir más RAM.
La memoria virtual es capaz de manejar el doble de direcciones que la RAM. Las instrucciones y los datos de un programa se almacenan inicialmente en direcciones virtuales, y una vez que el programa se ejecuta, esas direcciones se convierten en direcciones de memoria reales.
Una de las desventajas de la memoria virtual es que puede ralentizar un ordenador porque los datos deben ser mapeados entre la memoria virtual y la física. Sólo con la memoria física, los programas trabajan directamente desde la RAM.
RAM vs. memoria flash
La memoria flash y la RAM están compuestas por chips de estado sólido. Sin embargo, desempeñan papeles diferentes en los sistemas informáticos debido a las diferencias en su fabricación, sus especificaciones de rendimiento y su coste. La memoria flash se utiliza como memoria de almacenamiento. La RAM se utiliza como memoria activa que realiza cálculos sobre los datos recuperados del almacenamiento.
Una diferencia significativa entre la RAM y la memoria flash es que los datos deben borrarse de la memoria flash NAND en bloques enteros. Esto hace que sea más lenta que la RAM, donde los datos se pueden borrar en bits individuales.
Sin embargo, la memoria flash NAND es menos costosa que la RAM, y también es no volátil. A diferencia de la RAM, puede mantener los datos incluso cuando está apagada. Debido a su menor velocidad, no volatilidad y menor coste, la memoria flash se utiliza a menudo como memoria de almacenamiento en los SSD.
RAM vs. ROM
La memoria de sólo lectura, o ROM, es una memoria de ordenador que contiene datos que sólo pueden leerse, no escribirse. La ROM contiene la programación de arranque que se utiliza cada vez que se enciende un ordenador. Por lo general, no se puede alterar ni reprogramar.
Los datos de la ROM no son volátiles y no se pierden cuando se apaga el ordenador. Por ello, la memoria de sólo lectura se utiliza para el almacenamiento permanente de datos. La memoria de acceso aleatorio, en cambio, sólo puede almacenar datos temporalmente. La ROM suele tener varios megabytes de almacenamiento, mientras que la RAM tiene varios gigabytes.
Tendencias y direcciones futuras
La memoria de acceso aleatorio resistiva (RRAM o ReRAM) es un almacenamiento no volátil que puede alterar la resistencia del material dieléctrico sólido del que está compuesta. Los dispositivos ReRAM contienen un memristor en el que la resistencia varía cuando se aplican diferentes voltajes.
La ReRAM crea vacantes de oxígeno, que son defectos físicos en una capa de material de óxido. Estas vacantes representan dos valores en un sistema binario, similar a los electrones y huecos de un semiconductor.
La ReRAM tiene una mayor velocidad de conmutación en comparación con otras tecnologías de almacenamiento no volátil, como la flash NAND. También promete una alta densidad de almacenamiento y un menor consumo de energía que el flash NAND. Esto hace que la ReRAM sea una buena opción para la memoria de los sensores utilizados en aplicaciones industriales, de automoción y del Internet de las cosas.
Los proveedores han luchado durante años para desarrollar la tecnología ReRAM y poner los chips en producción. En la actualidad, unos pocos proveedores los están comercializando.
La tecnología 3D XPoint, como la Optane de Intel, podría acabar llenando el vacío existente entre la RAM dinámica y la memoria flash NAND. 3D XPoint tiene una arquitectura de puntos cruzados sin transistores en la que los selectores y las celdas de memoria están en la intersección de cables perpendiculares. 3D XPoint no es tan rápida como la DRAM, pero es una memoria no volátil.
En términos de rendimiento y precio, la tecnología 3D XPoint se encuentra entre la rápida, pero costosa DRAM y la más lenta y menos cara NAND flash. A medida que la tecnología se desarrolla, puede difuminar la distinción entre la RAM y el almacenamiento.
5G y el mercado de la RAM
En febrero de 2019, la Asociación de Tecnología de Estado Sólido JEDEC publicó el JESD209-5, Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5). LPDDR5 funcionará finalmente a una tasa de E/S de 6400 MT/s, un 50 por ciento más alta que la de la primera versión de LPDDR4. Esto aumentará significativamente la velocidad y la eficiencia de la memoria para una variedad de aplicaciones. Esto incluye dispositivos informáticos móviles como smartphones, tabletas y portátiles ultradelgados.
LPDDR5 se publicó con una tasa de datos de 6400 MT/s, en comparación con los 3200 MT/s de LPDDR4 en su publicación en 2014.
En julio de 2019, Samsung Electronics comenzó a producir en masa la primera DRAM móvil LPDDR5 de 12 gigabits de la industria. Según Samsung, se ha optimizado para habilitar las funciones 5G y de IA en los futuros smartphones.
Coste de la RAM
En el verano de 2019, los precios de la DRAM se mantuvieron deprimidos con respecto a los niveles anteriores -pero volátiles, no obstante. Una serie de variables contribuyeron a la volatilidad, incluyendo:
- un exceso de oferta
- tensiones de mercado entre Corea del Sur y Japón (sede de los dos mayores fabricantes de chips de memoria del mundo, Samsung y SK Hynix)
- la introducción del chip móvil de próxima generación, el LPDDR5
- la mayor adopción de la tecnología 5G
- un aumento previsto de la demanda de productos electrónicos de consumo en el Internet de las Cosas (IoT), como los automóviles y los dispositivos vestibles, que utilizan los chips
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