RAM (Random Access Memory)
RAM (Random Access Memory) é o hardware de um dispositivo de computação onde o sistema operacional (SO), programas aplicativos e dados em uso atual são mantidos para que possam ser rapidamente alcançados pelo processador do dispositivo. RAM é a memória principal em um computador. É muito mais rápida de ler e gravar do que outros tipos de armazenamento, como um disco rígido (HDD), drive de estado sólido (SSD) ou drive óptico.
A Memória de Acesso Aleatório é volátil. Isso significa que os dados são retidos na RAM enquanto o computador estiver ligado, mas são perdidos quando o computador é desligado. Quando o computador é reinicializado, o SO e outros arquivos são recarregados na RAM, geralmente de um HDD ou SSD.
Função da RAM
Por causa de sua volatilidade, a RAM não pode armazenar dados permanentes. A RAM pode ser comparada à memória de curto prazo de uma pessoa, e um disco rígido à memória de longo prazo de uma pessoa. A memória de curto prazo é focada no trabalho imediato, mas ela só pode manter um número limitado de fatos em vista a qualquer momento. Quando a memória a curto prazo de uma pessoa se enche, ela pode ser atualizada com fatos armazenados na memória a longo prazo do cérebro.
Um computador também funciona desta forma. Se a RAM se encher, o processador do computador deve ir repetidamente ao disco rígido para sobrepor os dados antigos na RAM com os novos dados. Este processo torna o funcionamento do computador mais lento.
Um disco rígido do computador pode ficar completamente cheio de dados e incapaz de tomar mais, mas a RAM não ficará sem memória. No entanto, a combinação de RAM e memória de armazenamento pode ser completamente utilizada.
Como funciona a RAM?
O termo acesso aleatório como aplicado à RAM vem do fato de que qualquer local de armazenamento, também conhecido como qualquer endereço de memória, pode ser acessado diretamente. Originalmente, o termo Memória de Acesso Aleatório era usado para distinguir a memória central regular da memória offline.
Memória offline normalmente se referia à fita magnética da qual um dado específico só podia ser acessado localizando o endereço seqüencialmente, começando no início da fita. A RAM é organizada e controlada de forma a permitir que os dados sejam armazenados e recuperados diretamente de e para locais específicos.
Outros tipos de armazenamento – como o disco rígido e CD-ROM – também são acessados diretamente ou aleatoriamente, mas o termo acesso aleatório não é usado para descrever esses outros tipos de armazenamento.
RAM é semelhante em conceito a um conjunto de caixas nas quais cada caixa pode conter um 0 ou um 1. Cada caixa tem um endereço único que é encontrado contando através das colunas e para baixo nas linhas. Um conjunto de caixas RAM é chamado de array, e cada caixa é conhecida como cell.
Para encontrar uma célula específica, o controlador RAM envia o endereço da coluna e da linha para uma fina linha elétrica gravada no chip. Cada linha e coluna em um array de RAM tem sua própria linha de endereço. Qualquer dado lido flui de volta em uma linha de dados separada.
RAM é fisicamente pequeno e armazenado em microchips. Também é pequeno em termos da quantidade de dados que pode conter. Um computador portátil típico pode vir com 8 gigabytes de RAM, enquanto um disco rígido pode conter 10 terabytes.
Um disco rígido, por outro lado, armazena dados na superfície magnetizada do que se parece com um disco de vinil. Alternativamente, um SSD armazena dados em chips de memória que, ao contrário da RAM, são não voláteis. Eles não dependem de ter energia constante e não perdem dados uma vez que a energia é desligada. Os microchips de RAM são reunidos em módulos de memória. Estes são conectados em slots na placa-mãe de um computador. Um barramento, ou um conjunto de caminhos elétricos, é usado para conectar os slots da placa-mãe ao processador.
Muitos PCs permitem aos usuários adicionar módulos de RAM até um certo limite. Ter mais memória RAM em um computador reduz o número de vezes que o processador deve ler dados do disco rígido, uma operação que leva mais tempo do que a leitura de dados da memória RAM. O tempo de acesso à RAM é em nanossegundos, enquanto o tempo de acesso à memória de armazenamento é em milissegundos.
Quanta RAM é necessária?
A quantidade de RAM necessária depende do que o usuário está fazendo. Quando a edição de vídeo, por exemplo, é recomendado que um sistema tenha pelo menos 16 GB de RAM, embora mais seja desejável. Para edição de fotos usando Photoshop, Adobe recomenda que um sistema tenha pelo menos 3GB de RAM para rodar o Photoshop CC em um Mac. Entretanto, se o usuário estiver trabalhando com outros aplicativos ao mesmo tempo, mesmo 8GB de RAM podem diminuir a velocidade.
Tipos de RAM
RAM vem em duas formas primárias:
- Memória de Acesso Aleatório Dinâmico (DRAM) compõe a típica RAM do dispositivo de computação, e como foi observado anteriormente, é necessário que a energia esteja ligada para reter os dados armazenados.
Cada célula DRAM tem uma carga ou falta de carga mantida em um condensador elétrico. Estes dados devem ser constantemente atualizados com uma carga eletrônica a cada poucos milissegundos para compensar vazamentos do capacitador. Um transistor serve como uma porta, determinando se o valor de um capacitor pode ser lido ou escrito.
- Memória Estática de Acesso Aleatório (SRAM) também precisa de energia constante para manter os dados, mas não precisa ser continuamente atualizado como a DRAM faz.
Na SRAM, ao invés de um condensador segurando a carga, o transistor age como um switch, com uma posição servindo como 1 e a outra como 0. A RAM estática requer vários transistores para reter um bit de dados em comparação com a RAM dinâmica, que precisa de apenas um transistor por bit. Como resultado, os chips SRAM são muito maiores e mais caros do que uma quantidade equivalente de DRAM.
No entanto, a SRAM é significativamente mais rápida e usa menos energia do que a DRAM. As diferenças de preço e velocidade significam que a RAM estática é usada principalmente em pequenas quantidades como memória cache dentro do processador de um computador.
História da RAM: RAM vs. SDRAM
RAM era originalmente assíncrona porque os microchips de RAM tinham uma velocidade de relógio diferente da do processador do computador. Isto era um problema, pois os processadores se tornaram mais poderosos e a RAM não conseguia acompanhar as solicitações de dados do processador.
No início dos anos 90, as velocidades do relógio foram sincronizadas com a introdução da RAM dinâmica síncrona, ou SDRAM. Ao sincronizar a memória de um computador com as entradas do processador, os computadores eram capazes de executar tarefas mais rapidamente.
No entanto, a taxa de dados única SDRAM (SDR SDRAM) original atingiu seu limite rapidamente. Por volta do ano 2000, foi desenvolvida a Memória de Acesso Aleatório (DDR SRAM) com taxa de dados dupla síncrona. Isto moveu os dados duas vezes em um único ciclo de relógio, no início e no fim.
DDR SDRAM evoluiu três vezes, com DDR2, DDR3 e DDR4, e cada iteração trouxe melhorias na velocidade de transmissão de dados e reduziu o uso de energia. Entretanto, cada versão DDR tem sido incompatível com as anteriores porque, a cada iteração, os dados são tratados em lotes maiores.
GDDR SDRAM
Graphics double data rate (GDDR) SDRAM é usado em placas gráficas e de vídeo. Assim como o SDRAM DDR, a tecnologia permite que os dados sejam movidos em vários pontos em um ciclo de clock da CPU. Entretanto, ela roda em tensões mais altas e tem tempo menos rigoroso que o DDR SDRAM.
Com tarefas paralelas, como renderização de vídeo 2D e 3D, tempos de acesso apertados não são tão necessários, e o GDDR pode habilitar as velocidades mais altas e a largura de banda de memória necessária para a performance da GPU.
Semelhante ao DDR, o GDDR passou por várias gerações de desenvolvimento, com cada uma delas fornecendo mais performance e menor consumo de energia. GDDR6 é a última geração de memória gráfica.
RAM vs. memória virtual
Um computador pode ficar com pouca memória, especialmente quando executando vários programas simultaneamente. Sistemas operacionais podem compensar a falta de memória física criando memória virtual.
Com memória virtual, os dados são temporariamente transferidos da RAM para o armazenamento em disco, e o espaço de endereços virtuais é aumentado usando memória ativa na RAM e memória inativa em um HDD para formar endereços contíguos que contenham uma aplicação e seus dados. Usando memória virtual, um sistema pode carregar programas maiores ou múltiplos programas rodando ao mesmo tempo, permitindo que cada um funcione como se tivesse memória infinita sem ter que adicionar mais RAM.
A memória virtual é capaz de lidar com o dobro de endereços que a RAM. As instruções e dados de um programa são inicialmente armazenados em endereços virtuais, e uma vez que o programa é executado, esses endereços são transformados em endereços de memória real.
Uma desvantagem da memória virtual é que ela pode retardar um computador porque os dados devem ser mapeados entre a memória virtual e a memória física. Apenas com a memória física, os programas trabalham diretamente da RAM.
RAM vs. memória flash
Flash memory e RAM são ambos compostos por chips de estado sólido. No entanto, eles desempenham papéis diferentes em sistemas de computador devido às diferenças na forma como são feitos, suas especificações de desempenho e custo. A memória flash é utilizada para a memória de armazenamento. A RAM é usada como memória ativa que executa cálculos sobre os dados recuperados do armazenamento.
Uma diferença significativa entre a RAM e a memória flash é que os dados devem ser apagados da memória flash NAND em blocos inteiros. Isto a torna mais lenta que a RAM, onde os dados podem ser apagados em bits individuais.
No entanto, a memória flash NAND é menos cara que a RAM, e também não é volátil. Ao contrário da RAM, ela pode armazenar dados mesmo quando a energia está desligada. Devido à sua velocidade mais lenta, não volátil e de menor custo, a memória flash é freqüentemente usada para armazenamento em SSDs.
RAM vs. ROM
Memória somente leitura, ou ROM, é a memória do computador que contém dados que só podem ser lidos, e não escritos. A ROM contém programação de inicialização que é usada cada vez que um computador é ligado. Geralmente não pode ser alterada ou reprogramada.
Os dados na ROM não são voláteis e não se perdem quando o computador é desligado. Como resultado, a memória só de leitura é usada para armazenamento permanente de dados. A Memória de Acesso Aleatório, por outro lado, só pode armazenar dados temporariamente. ROM é geralmente vários megabytes de armazenamento, enquanto RAM é vários gigabytes.
Trends and future directions
Resistive Random Access Memory (RRAM ou ReRAM) é um armazenamento não volátil que pode alterar a resistência do material dielétrico sólido do qual é composto. Os dispositivos ReRAM contêm um memristor no qual a resistência varia quando diferentes tensões são aplicadas.
ReRAM cria vacâncias de oxigênio, que são defeitos físicos em uma camada de material óxido. Estas vacâncias representam dois valores em um sistema binário, semelhante aos elétrons e furos de um semicondutor.
ReRAM tem uma maior velocidade de comutação em comparação com outras tecnologias de armazenamento não volátil, como o NAND flash. Também tem a promessa de alta densidade de armazenamento e menor consumo de energia do que o NAND flash. Isto faz da ReRAM uma boa opção para memória em sensores usados para aplicações industriais, automotivas e internet de coisas.
Os fornecedores têm lutado durante anos para desenvolver a tecnologia ReRAM e colocar chips em produção. Alguns fornecedores estão atualmente enviando-os.
3D tecnologia XPoint, como o Optane da Intel, poderia eventualmente preencher a lacuna entre RAM dinâmica e memória flash NAND. O 3D XPoint tem uma arquitetura sem transistor e ponto cruzado na qual os seletores e células de memória estão na interseção de fios perpendiculares. O 3D XPoint não é tão rápido quanto a DRAM, mas é uma memória não volátil.
Em termos de desempenho e preço, a tecnologia 3D XPoint está entre DRAM rápida, mas cara, e NAND flash mais lento, menos caro. À medida que a tecnologia se desenvolve, ela pode embaçar a distinção entre RAM e armazenamento.
5G e o mercado de RAM
Em fevereiro de 2019, a JEDEC Solid State Technology Association publicou o JESD209-5, Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5). LPDDR5 irá eventualmente operar a uma taxa de E/S de 6400 MT/s, 50% superior à da primeira versão do LPDDR4. Isto irá aumentar significativamente a velocidade e eficiência da memória para uma variedade de aplicações. Isso inclui dispositivos de computação móvel como smartphones, tablets e notebooks ultrafinos.
LPDDR5 foi publicado com uma taxa de dados de 6400 MT/s, comparado a 3200 MT/s para LPDDR4 em sua publicação em 2014.
Em julho de 2019, a Samsung Electronics começou a produzir em massa a primeira DRAM móvel LPDDR5 de 12 gigabits da indústria. De acordo com a Samsung, ele foi otimizado para habilitar funcionalidades 5G e AI em futuros smartphones.
Custo da RAM
Até o verão de 2019, os preços das DRAM permaneceram deprimidos em relação aos níveis anteriores — mas voláteis, no entanto. Uma série de variáveis contribuiu para a volatilidade, incluindo:
- uma abundância de fornecimento
- tensões no mercado entre a Coreia do Sul e o Japão (casa dos dois maiores fabricantes de chips de memória do mundo, Samsung e SK Hynix)
- a introdução do chip móvel da próxima geração, o LPDDR5
- a maior adoção da tecnologia 5G
- um aumento antecipado da demanda por eletrônicos de consumo na Internet das Coisas (IoT), como automóveis e dispositivos de uso, que usam os chips