RAM (Random Access Memory)
A RAM (Random Access Memory) a számítástechnikai eszköz hardvere, ahol az operációs rendszer (OS), az alkalmazási programok és az aktuálisan használt adatok tárolódnak, hogy az eszköz processzora gyorsan elérhesse őket. A RAM a számítógép fő memóriája. Sokkal gyorsabban lehet belőle olvasni és írni rá, mint más típusú tárolókra, például merevlemezes meghajtóra (HDD), szilárdtest-meghajtóra (SSD) vagy optikai meghajtóra.
A véletlen hozzáférésű memória illékony. Ez azt jelenti, hogy az adatok mindaddig megmaradnak a RAM-ban, amíg a számítógép be van kapcsolva, de a számítógép kikapcsolásakor elvesznek. A számítógép újraindításakor az operációs rendszer és más fájlok újratöltődnek a RAM-ba, általában egy HDD-ről vagy SSD-ről.
A RAM funkciója
A RAM az illékonysága miatt nem képes állandó adatokat tárolni. A RAM az ember rövid távú memóriájához hasonlítható, a merevlemez pedig az ember hosszú távú memóriájához. A rövid távú memória az azonnali munkára összpontosít, de egyszerre csak korlátozott számú tényt képes szem előtt tartani. Amikor az ember rövid távú memóriája megtelik, felfrissíthető az agy hosszú távú memóriájában tárolt tényekkel.
A számítógép is így működik. Ha a RAM megtelik, a számítógép processzorának ismételten a merevlemezhez kell fordulnia, hogy a RAM-ban lévő régi adatokat új adatokkal fedje le. Ez a folyamat lelassítja a számítógép működését.
A számítógép merevlemeze teljesen megtelhet adatokkal, és nem tud több adatot befogadni, de a RAM nem fogy ki a memóriából. A RAM és a tároló memória kombinációja azonban teljesen elfogyhat.
Hogyan működik a RAM?
A RAM-ra alkalmazott véletlen hozzáférés kifejezés onnan ered, hogy bármely tárolóhely, más néven bármely memóriacím közvetlenül elérhető. Eredetileg a véletlen hozzáférésű memória kifejezést a hagyományos magmemória és az offline memória megkülönböztetésére használták.
Az offline memória jellemzően olyan mágnesszalagra utalt, amelyről egy adott adatot csak úgy lehetett elérni, hogy a szalag elejétől kezdve szekvenciálisan megkerestük a címet. A RAM olyan módon van megszervezve és vezérelve, hogy az adatok tárolása és visszakeresése közvetlenül meghatározott helyekre és meghatározott helyekről történhet.
A többi tárolótípus — például a merevlemez és a CD-ROM — szintén közvetlenül vagy véletlenszerűen érhető el, de a véletlen hozzáférés kifejezést nem használják e többi tárolótípus leírására.
A RAM koncepciója hasonló egy dobozkészlethez, amelyben minden dobozban lehet 0 vagy 1. Minden doboz egyedi címmel rendelkezik, amelyet az oszlopok és sorok végigszámolásával lehet megtalálni. A RAM-dobozok halmazát tömbnek, az egyes dobozokat pedig cellának nevezzük.
Az adott cella megtalálásához a RAM-vezérlő a chipbe vésett vékony elektromos vonalon leküldi az oszlop- és sorcímet. A RAM tömb minden sorának és oszlopának saját címvonala van. Az olvasott adatok egy külön adatvonalon áramlanak vissza.
A RAM fizikailag kicsi, és mikrochipekben tárolják. A tárolható adatmennyiség szempontjából is kicsi. Egy tipikus laptop 8 gigabájt RAM-ot tartalmazhat, míg egy merevlemez akár 10 terabájtot is.
A merevlemez viszont egy bakelitlemezre hasonlító, mágnesezett felületen tárolja az adatokat. Alternatívaként egy SSD memóriachipekben tárolja az adatokat, amelyek a RAM-mal ellentétben nem illékonyak. Nem függnek az állandó áramellátástól, és nem veszítik el az adatokat, ha az áramot kikapcsolják. A RAM mikrochipeket memóriamodulokba gyűjtik össze. Ezek a számítógép alaplapjának foglalataiba illeszkednek. Az alaplapi bővítőhelyek és a processzor összekapcsolására egy busz, azaz elektromos útvonalak sorozata szolgál.
A legtöbb számítógép lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy egy bizonyos határig RAM-modulokat adjanak hozzá. Ha több RAM van a számítógépben, a processzornak kevesebbszer kell adatokat olvasnia a merevlemezről, ami hosszabb időt vesz igénybe, mint az adatok RAM-ból történő olvasása. A RAM-hozzáférési idő nanoszekundumokban, míg a tároló memória hozzáférési ideje milliszekundumokban van megadva.
Hány RAM-ra van szüksége?
A szükséges RAM mennyisége attól függ, hogy mit csinál a felhasználó. Videószerkesztés esetén például ajánlott, hogy a rendszer legalább 16 GB RAM-mal rendelkezzen, bár ennél több is kívánatos. A Photoshopot használó képszerkesztéshez az Adobe azt ajánlja, hogy a Photoshop CC futtatásához Mac számítógépen legalább 3 GB RAM-mal rendelkezzen a rendszer. Ha azonban a felhasználó egyidejűleg más alkalmazásokkal is dolgozik, akár 8 GB RAM is lassíthatja a dolgokat.
A RAM típusai
A RAM két fő formája létezik:
- A dinamikus véletlen hozzáférésű memória (DRAM) alkotja a tipikus számítástechnikai eszköz RAM-ját, és mint korábban említettük, a tárolt adatok megőrzéséhez szüksége van arra, hogy bekapcsolva legyen.
Minden DRAM-cella egy elektromos kondenzátorban tartott töltéssel vagy töltéshiánnyal rendelkezik. Ezt az adatot néhány milliszekundumonként folyamatosan frissíteni kell egy elektronikus töltéssel, hogy kompenzálja a kondenzátor szivárgását. Egy tranzisztor szolgál kapuként, amely meghatározza, hogy a kondenzátor értéke olvasható vagy írható-e.
- A statikus véletlen hozzáférésű memóriának (SRAM) szintén állandó energiára van szüksége az adatok megtartásához, de nem kell folyamatosan frissíteni, mint a DRAM-ot.
A SRAM-ban a töltést tartó kondenzátor helyett a tranzisztor kapcsolóként működik, amelynek egyik pozíciója 1, a másik pozíciója 0. A statikus RAM több tranzisztort igényel egy bit adat megtartásához, szemben a dinamikus RAM-mal, amelynek bitenként csak egy tranzisztorra van szüksége. Ennek eredményeképpen az SRAM chipek sokkal nagyobbak és drágábbak, mint az azonos mennyiségű DRAM.
Az SRAM azonban jelentősen gyorsabb és kevesebb energiát fogyaszt, mint a DRAM. Az ár- és sebességkülönbségek miatt a statikus RAM-ot elsősorban kis mennyiségben, a számítógép processzorán belüli gyorsítótárként használják.
A RAM története: RAM vs. SDRAM
A RAM eredetileg aszinkron volt, mivel a RAM mikrochipek órajele más volt, mint a számítógép processzora. Ez problémát jelentett, mivel a processzorok egyre erősebbek lettek, és a RAM nem tudott lépést tartani a processzor adatigényléseivel.
Az 1990-es évek elején a szinkron dinamikus RAM, azaz az SDRAM bevezetésével az órajelek sebességét szinkronizálták. Azáltal, hogy a számítógép memóriáját szinkronizálták a processzor bemeneteivel, a számítógépek gyorsabban tudták végrehajtani a feladatokat.
Az eredeti SDRAM (single data rate SDRAM) azonban gyorsan elérte a határait. A 2000-es év körül kifejlesztették a dupla adatátviteli sebességű szinkron véletlen hozzáférésű memóriát (DDR SRAM). Ez egyetlen órajelcikluson belül kétszer mozgatta az adatokat, az elején és a végén.
A DDR SDRAM háromszor fejlődött tovább, a DDR2, a DDR3 és a DDR4 révén, és mindegyik iteráció jobb adatátviteli sebességet és alacsonyabb energiafelhasználást hozott. Azonban minden DDR-verzió inkompatibilis volt a korábbiakkal, mivel minden egyes iterációnál az adatokat nagyobb tételekben kezelik.
GDDR SDRAM
A grafikus dupla adatátviteli sebességű (GDDR) SDRAM-ot grafikus és videokártyákban használják. A DDR SDRAM-hoz hasonlóan ez a technológia is lehetővé teszi az adatok mozgatását a CPU órajelciklus különböző pontjain. Azonban magasabb feszültségen működik, és kevésbé szigorú időzítéssel rendelkezik, mint a DDR SDRAM.
A párhuzamos feladatok, például a 2D és 3D videorenderelés esetében a szoros hozzáférési idők nem annyira szükségesek, és a GDDR lehetővé teszi a GPU teljesítményéhez szükséges nagyobb sebességet és memória-sávszélességet.
A DDR-hez hasonlóan a GDDR is több fejlesztési generáción ment keresztül, amelyek mindegyike nagyobb teljesítményt és alacsonyabb energiafogyasztást biztosított. A GDDR6 a grafikus memória legújabb generációja.
RAM vs. virtuális memória
A számítógép memóriája szűkös lehet, különösen több program egyidejű futtatása esetén. Az operációs rendszerek a fizikai memóriahiányt virtuális memória létrehozásával kompenzálhatják.
A virtuális memóriával az adatok ideiglenesen átkerülnek a RAM-ból a lemeztárolóba, és a virtuális címtartományt a RAM-ban lévő aktív memória és a HDD-ben lévő inaktív memória felhasználásával növelik, hogy egybefüggő címeket képezzenek, amelyeken egy alkalmazás és annak adatai tárolhatók. A virtuális memória használatával a rendszer nagyobb programokat vagy több, egyszerre futó programot is betölthet, így mindegyik úgy működhet, mintha végtelen memóriával rendelkezne, anélkül, hogy további RAM-ot kellene hozzáadni.
A virtuális memória kétszer annyi címet képes kezelni, mint a RAM. A program utasításai és adatai kezdetben virtuális címeken tárolódnak, majd a program végrehajtása után ezek a címek tényleges memóriacímekké alakulnak.
A virtuális memória egyik hátránya, hogy lassíthatja a számítógépet, mivel az adatokat le kell képezni a virtuális és a fizikai memória között. Kizárólag fizikai memóriával a programok közvetlenül a RAM-ból működnek.
RAM vs. flashmemória
A flashmemória és a RAM egyaránt szilárdtest chipekből áll. A számítógépes rendszerekben azonban eltérő szerepet játszanak, mivel a gyártásuk módja, a teljesítményspecifikációik és a költségük is különbözik. A flashmemóriát tároló memóriaként használják. A RAM-ot aktív memóriaként használják, amely számításokat végez a tárolóból lehívott adatokon.
A RAM és a flashmemória közötti egyik jelentős különbség az, hogy a NAND flashmemóriából egész blokkokban kell törölni az adatokat. Emiatt lassabb, mint a RAM, ahol az adatok egyes bitekben törölhetők.
A NAND flashmemória azonban olcsóbb, mint a RAM, és nem is illékony. A RAM-mal ellentétben akkor is képes megtartani az adatokat, ha a tápellátás le van kapcsolva. Lassabb sebessége, nem illékonysága és alacsonyabb költsége miatt a flash memóriát gyakran használják SSD-kben tároló memóriaként.
RAM vs. ROM
A csak olvasható memória vagy ROM olyan számítógépes memória, amely olyan adatokat tartalmaz, amelyeket csak olvasni lehet, írni nem. A ROM tartalmazza az indítási programozást, amelyet a számítógép minden egyes bekapcsolásakor használnak. Általában nem módosítható vagy programozható újra.
A ROM-ban lévő adatok nem illékonyak, és nem vesznek el, amikor a számítógépet kikapcsolják. Ennek eredményeképpen a csak olvasható memóriát állandó adattárolásra használják. A véletlen hozzáférésű memória ezzel szemben csak ideiglenesen képes adatokat tárolni. A ROM általában néhány megabájtos, míg a RAM több gigabájtos tároló.
Trendek és jövőbeli irányok
A reszisztív véletlen hozzáférésű memória (RRAM vagy ReRAM) olyan nem illékony tároló, amely képes megváltoztatni a szilárd dielektromos anyag ellenállását, amelyből áll. A ReRAM-eszközök memisztort tartalmaznak, amelyben az ellenállás különböző feszültségek alkalmazásakor változik.
A ReRAM oxigénüres helyeket hoz létre, amelyek fizikai hibák egy oxidanyag-rétegben. Ezek az üres helyek két értéket képviselnek egy bináris rendszerben, hasonlóan a félvezetők elektronjaihoz és lyukaihoz.
A ReRAM nagyobb kapcsolási sebességgel rendelkezik más nem-illékony tárolási technológiákhoz, például a NAND flashhez képest. Emellett nagy tárolási sűrűséget és a NAND flashhez képest kisebb energiafogyasztást ígér. Ez teszi a ReRAM-ot jó választássá az ipari, autóipari és a dolgok internete alkalmazásokban használt érzékelők memóriájaként.
A gyártók évek óta küzdenek a ReRAM-technológia kifejlesztéséért és a chipek gyártásba vételéért. Jelenleg néhány gyártó szállít ilyeneket.
A 3D XPoint technológia, mint például az Intel Optane, végül betöltheti a dinamikus RAM és a NAND flash memória közötti űrt. A 3D XPoint tranzisztor nélküli, keresztpontos architektúrával rendelkezik, amelyben a szelektorok és a memóriacellák egymásra merőleges vezetékek metszéspontjában helyezkednek el. A 3D XPoint nem olyan gyors, mint a DRAM, de nem illékony memória.
A 3D XPoint technológia teljesítmény és ár szempontjából a gyors, de drága DRAM és a lassabb, olcsóbb NAND flash között helyezkedik el. A technológia fejlődésével elmosódhat a RAM és a tároló közötti különbség.
5G és a RAM-piac
2019 februárjában a JEDEC Solid State Technology Association közzétette a JESD209-5, Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5) szabványt. Az LPDDR5 végül 6400 MT/s-os I/O sebességgel fog működni, ami 50 százalékkal magasabb, mint az LPDDR4 első változatáé. Ez jelentősen megnöveli a memória sebességét és hatékonyságát számos alkalmazás esetében. Ide tartoznak a mobil számítástechnikai eszközök, például az okostelefonok, a táblagépek és az ultravékony noteszgépek.
Az LPDDR5 6400 MT/s-os adatátviteli sebességgel jelent meg, szemben az LPDDR4 3200 MT/s-os adatátviteli sebességével a 2014-es megjelenésekor.
A Samsung Electronics 2019 júliusában kezdte meg az iparág első 12 gigabites LPDDR5 mobil DRAM-jának tömeggyártását. A Samsung szerint ezt a jövőbeli okostelefonok 5G és AI funkcióinak lehetővé tételére optimalizálták.
A RAM ára
2019 nyarára a DRAM-árak a korábbi szintekhez képest nyomottak maradtak — de ettől függetlenül változékonyak. Az ingadozáshoz számos változó járult hozzá, többek között:
- a kínálati túlkínálat
- a Dél-Korea és Japán (a világ két legnagyobb memóriachip-gyártójának, a Samsungnak és az SK Hynixnek az otthona)
- a következő generációs mobilchipek bevezetése, az LPDDR5
- az 5G technológia fokozott elfogadása
- a chipeket használó fogyasztói elektronika (Internet of Things, IoT) iránti kereslet várható növekedése, mint például az autók és a viselhető eszközök
.