RAM (Random Access Memory)

RAM (Random Access Memory) este hardware-ul dintr-un dispozitiv de calcul în care sunt păstrate sistemul de operare (OS), programele de aplicații și datele în uz curent, astfel încât să poată fi accesate rapid de către procesorul dispozitivului. RAM este memoria principală a unui calculator. Este mult mai rapidă la citire și la scriere decât alte tipuri de stocare, cum ar fi o unitate de hard disk (HDD), o unitate solid-state (SSD) sau o unitate optică.

Memoria cu acces aleatoriu este volatilă. Asta înseamnă că datele sunt păstrate în RAM atâta timp cât computerul este pornit, dar se pierd atunci când acesta este oprit. Când computerul este repornit, sistemul de operare și alte fișiere sunt reîncărcate în RAM, de obicei de pe un HDD sau SSD.

Funcția RAM

Din cauza volatilității sale, RAM nu poate stoca date permanente. RAM poate fi comparată cu memoria pe termen scurt a unei persoane, iar o unitate de hard disk cu memoria pe termen lung a unei persoane. Memoria pe termen scurt se concentrează pe munca imediată, dar nu poate păstra la vedere decât un număr limitat de fapte la un moment dat. Atunci când memoria pe termen scurt a unei persoane se umple, aceasta poate fi reîmprospătată cu fapte stocate în memoria pe termen lung a creierului.

Un computer funcționează, de asemenea, în acest fel. Dacă memoria RAM se umple, procesorul computerului trebuie să meargă în mod repetat la hard disk pentru a suprapune datele vechi din RAM cu date noi. Acest proces încetinește funcționarea computerului.

Module RAM

Discul dur al unui computer poate deveni complet plin de date și incapabil să mai primească altele, dar memoria RAM nu va rămâne fără memorie. Cu toate acestea, combinația dintre memoria RAM și memoria de stocare poate fi complet epuizată.

Cum funcționează memoria RAM?

Termenul de acces aleatoriu aplicat la memoria RAM provine din faptul că orice locație de stocare, cunoscută și ca orice adresă de memorie, poate fi accesată direct. Inițial, termenul de memorie cu acces aleatoriu a fost folosit pentru a distinge memoria centrală obișnuită de memoria offline.

Memoria offline se referea de obicei la banda magnetică de pe care o anumită bucată de date putea fi accesată numai prin localizarea secvențială a adresei, începând de la începutul benzii. Memoria RAM este organizată și controlată într-un mod care permite stocarea și recuperarea datelor direct în și din locații specifice.

Alte tipuri de stocare – cum ar fi hard disk-ul și CD-ROM-ul – sunt, de asemenea, accesate direct sau aleatoriu, dar termenul de acces aleatoriu nu este utilizat pentru a descrie aceste alte tipuri de stocare.

RAM este similară, din punct de vedere conceptual, cu un set de cutii în care fiecare cutie poate conține un 0 sau un 1. Fiecare cutie are o adresă unică care se găsește prin numărarea pe coloane și în jos pe rânduri. Un set de cutii RAM se numește matrice, iar fiecare cutie este cunoscută sub numele de celulă.

Pentru a găsi o anumită celulă, controlerul RAM trimite adresa coloanei și a rândului pe o linie electrică subțire gravată în cip. Fiecare rând și fiecare coloană dintr-o matrice RAM are propria linie de adrese. Orice date care sunt citite circulă înapoi pe o linie de date separată.

RAM este fizic mică și este stocată în microcipuri. Este, de asemenea, mică în ceea ce privește cantitatea de date pe care o poate conține. Un computer portabil tipic poate veni cu 8 gigaocteți de RAM, în timp ce un hard disk poate conține 10 terabytes.

Un hard disk, pe de altă parte, stochează datele pe suprafața magnetizată a ceea ce arată ca un disc de vinil. Alternativ, un SSD stochează datele în cipuri de memorie care, spre deosebire de memoria RAM, sunt nevolatile. Acestea nu depind de a avea o alimentare constantă și nu vor pierde datele odată ce alimentarea cu energie este oprită. Microcipurile RAM sunt reunite în module de memorie. Acestea se conectează în sloturile de pe placa de bază a unui computer. O magistrală, sau un set de căi electrice, este utilizată pentru a conecta sloturile de pe placa de bază la procesor.

Majoritatea PC-urilor permit utilizatorilor să adauge module RAM până la o anumită limită. Faptul de a avea mai multă memorie RAM într-un computer reduce numărul de ori în care procesorul trebuie să citească date de pe hard disk, o operațiune care durează mai mult decât citirea datelor din RAM. Timpul de acces la memoria RAM este exprimat în nanosecunde, în timp ce timpul de acces la memoria de stocare este exprimat în milisecunde.

Cât de multă memorie RAM aveți nevoie?

Cât de multă memorie RAM este necesară, totul depinde de ceea ce face utilizatorul. La editarea video, de exemplu, se recomandă ca un sistem să aibă cel puțin 16 GB de RAM, deși este de dorit mai mult. Pentru editarea foto folosind Photoshop, Adobe recomandă ca un sistem să aibă cel puțin 3 GB de RAM pentru a rula Photoshop CC pe un Mac. Cu toate acestea, dacă utilizatorul lucrează cu alte aplicații în același timp, chiar și 8 GB de RAM pot încetini lucrurile.

Tipuri de RAM

RAM vine în două forme principale:

  • Memoria dinamică cu acces aleatoriu (DRAM) constituie memoria RAM tipică a dispozitivului de calcul și, după cum s-a menționat anterior, are nevoie de această putere pentru a fi activată pentru a păstra datele stocate.

Care celulă DRAM are o sarcină sau o lipsă de sarcină reținută într-un condensator electric. Aceste date trebuie să fie reîmprospătate constant cu o sarcină electronică la fiecare câteva milisecunde pentru a compensa scurgerile din condensator. Un tranzistor servește ca o poartă, determinând dacă valoarea unui condensator poate fi citită sau scrisă.

  • Memoria statică cu acces aleatoriu (SRAM) are, de asemenea, nevoie de energie constantă pentru a păstra datele, dar nu trebuie să fie reîmprospătată în mod continuu așa cum o face DRAM.

În SRAM, în loc ca un condensator să rețină sarcina, tranzistorul acționează ca un comutator, o poziție servind ca 1 și cealaltă poziție ca 0. RAM statică necesită mai mulți tranzistori pentru a reține un bit de date, în comparație cu RAM dinamică, care are nevoie de un singur tranzistor pentru fiecare bit. Ca urmare, cipurile SRAM sunt mult mai mari și mai scumpe decât o cantitate echivalentă de DRAM.

Cu toate acestea, SRAM este semnificativ mai rapidă și consumă mai puțină energie decât DRAM. Diferențele de preț și de viteză înseamnă că memoria RAM statică este folosită în principal în cantități mici ca memorie cache în interiorul procesorului unui computer.

Istoria memoriei RAM: RAM vs. SDRAM

RAM a fost inițial asincronă, deoarece microcipurile RAM aveau o viteză de ceas diferită de cea a procesorului computerului. Acest lucru a reprezentat o problemă pe măsură ce procesoarele deveneau mai puternice, iar memoria RAM nu putea ține pasul cu solicitările de date ale procesorului.

La începutul anilor 1990, vitezele de ceas au fost sincronizate odată cu introducerea memoriei RAM dinamice sincrone, sau SDRAM. Prin sincronizarea memoriei unui computer cu intrările de la procesor, computerele au putut executa sarcini mai rapid.

Cu toate acestea, memoria SDRAM originală cu o singură rată de date (SDR SDRAM) și-a atins rapid limita. În jurul anului 2000, a fost dezvoltată memoria sincronă cu acces aleatoriu cu rată dublă de date (DDR SRAM). Aceasta a mutat datele de două ori într-un singur ciclu de ceas, la început și la sfârșit.

DDR SDRAM a evoluat de trei ori, cu DDR2, DDR3 și DDR4, și fiecare iterație a adus viteze îmbunătățite de transfer de date și o utilizare redusă a energiei. Cu toate acestea, fiecare versiune DDR a fost incompatibilă cu cele anterioare deoarece, cu fiecare iterație, datele sunt tratate în loturi mai mari.

Imagini ale diferitelor formate DDR

GDDR SDRAM GDDR

Graphics double data rate (GDDR) SDRAM este utilizată în plăcile grafice și video. La fel ca DDR SDRAM, tehnologia permite ca datele să fie mutate în diferite puncte ale unui ciclu de ceas al procesorului. Cu toate acestea, funcționează la tensiuni mai mari și are o sincronizare mai puțin strictă decât DDR SDRAM.

Cu sarcini paralele, cum ar fi redarea video 2D și 3D, timpii de acces strânși nu sunt atât de necesari, iar GDDR poate permite viteze mai mari și lățimea de bandă a memoriei necesare pentru performanța GPU.

Similară cu DDR, GDDR a trecut prin mai multe generații de dezvoltare, fiecare dintre acestea oferind mai multă performanță și un consum de energie mai mic. GDDR6 este cea mai recentă generație de memorie grafică.

Memorie RAM vs. memorie virtuală

Un computer poate duce lipsă de memorie, în special atunci când rulează mai multe programe simultan. Sistemele de operare pot compensa deficitul de memorie fizică prin crearea de memorie virtuală.

Cu ajutorul memoriei virtuale, datele sunt transferate temporar din memoria RAM în memoria pe disc, iar spațiul de adrese virtuale este mărit folosind memoria activă din RAM și memoria inactivă dintr-un HDD pentru a forma adrese contigue care conțin o aplicație și datele sale. Folosind memoria virtuală, un sistem poate încărca programe mai mari sau mai multe programe care rulează în același timp, permițând fiecăruia să funcționeze ca și cum ar avea memorie infinită, fără a fi nevoie să se adauge mai multă memorie RAM.

Memoria virtuală este capabilă să gestioneze de două ori mai multe adrese decât memoria RAM. Instrucțiunile și datele unui program sunt inițial stocate la adrese virtuale, iar odată ce programul este executat, aceste adrese sunt transformate în adrese de memorie reale.

Un dezavantaj al memoriei virtuale este că poate încetini un computer deoarece datele trebuie să fie mapate între memoria virtuală și cea fizică. Doar cu memoria fizică, programele lucrează direct din memoria RAM.

RAM vs. memoria flash

Memoria flash și memoria RAM sunt amândouă compuse din cipuri cu stare solidă. Cu toate acestea, ele joacă roluri diferite în sistemele de calculatoare din cauza diferențelor în ceea ce privește modul în care sunt fabricate, specificațiile lor de performanță și costul. Memoria flash este utilizată pentru memoria de stocare. Memoria RAM este utilizată ca memorie activă care efectuează calcule pe baza datelor recuperate din memorie.

O diferență semnificativă între memoria RAM și memoria flash este că datele trebuie șterse din memoria flash NAND în blocuri întregi. Acest lucru o face mai lentă decât memoria RAM, unde datele pot fi șterse în biți individuali.

Cu toate acestea, memoria flash NAND este mai puțin costisitoare decât memoria RAM și este, de asemenea, nevolatilă. Spre deosebire de RAM, aceasta poate păstra datele chiar și atunci când este oprită. Datorită vitezei sale mai mici, a non-volatilității și a costului mai mic, memoria flash este adesea utilizată pentru memoria de stocare în SSD.

RAM vs. ROM

Memoria doar pentru citire, sau ROM, este o memorie de calculator care conține date care pot fi doar citite, nu și scrise. ROM conține programarea de pornire care este utilizată de fiecare dată când un computer este pornit. În general, nu poate fi modificată sau reprogramată.

Datele din ROM sunt nevolatile și nu se pierd atunci când calculatorul este oprit. Ca urmare, memoria numai pentru citire este utilizată pentru stocarea permanentă a datelor. Memoria cu acces aleatoriu, pe de altă parte, poate păstra datele doar temporar. ROM are, în general, o capacitate de stocare de câțiva megabytes, în timp ce RAM este de câțiva gigabytes.

Tendințe și direcții viitoare

Resistive Random Access Memory (RRAM sau ReRAM) este o memorie nevolatilă care poate modifica rezistența materialului dielectric solid din care este compusă. Dispozitivele ReRAM conțin un memristor în care rezistența variază atunci când sunt aplicate tensiuni diferite.

ReRAM creează vacanțe de oxigen, care sunt defecte fizice într-un strat de material oxidat. Aceste vacanțe reprezintă două valori într-un sistem binar, similar cu electronii și găurile unui semiconductor.

ReRAM are o viteză de comutare mai mare în comparație cu alte tehnologii de stocare nevolatilă, cum ar fi NAND flash. De asemenea, promite o densitate de stocare ridicată și un consum de energie mai mic decât NAND flash. Acest lucru face ca ReRAM să fie o opțiune bună pentru memoria din senzorii utilizați pentru aplicații industriale, auto și pentru internetul lucrurilor.

Producătorii se luptă de ani de zile pentru a dezvolta tehnologia ReRAM și pentru a pune cipurile în producție. În prezent, câțiva furnizori le livrează.

Tehnologia 3D XPoint, cum ar fi Optane de la Intel, ar putea, în cele din urmă, să umple golul dintre memoria RAM dinamică și memoria flash NAND. 3D XPoint are o arhitectură fără tranzistori, cu puncte încrucișate, în care selectorii și celulele de memorie se află la intersecția firelor perpendiculare. 3D XPoint nu este la fel de rapidă ca DRAM, dar este o memorie nevolatilă.

SSD-ul Optane bazat pe 3D XPoint de la Intel

În ceea ce privește performanța și prețul, tehnologia 3D XPoint se situează între DRAM rapidă, dar costisitoare, și NAND flash mai lentă și mai puțin costisitoare. Pe măsură ce tehnologia se dezvoltă, ar putea estompa distincția dintre RAM și stocare.

5G și piața RAM

În februarie 2019, JEDEC Solid State Technology Association a publicat JESD209-5, Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5). LPDDR5 va funcționa în cele din urmă la o rată de I/O de 6400 MT/s, cu 50 % mai mare decât cea a primei versiuni LPDDR4. Acest lucru va crește semnificativ viteza și eficiența memoriei pentru o varietate de aplicații. Acestea includ dispozitive de calcul mobile, cum ar fi smartphone-uri, tablete și notebook-uri ultra-subțiri.

LPDDR5 a fost publicat cu o rată de date de 6400 MT/s, față de 3200 MT/s pentru LPDDR4 la publicarea sa în 2014.

În iulie 2019, Samsung Electronics a început să producă în masă primul DRAM mobil LPDDR5 de 12 gigabiți din industrie. Potrivit Samsung, aceasta a fost optimizată pentru activarea funcțiilor 5G și AI în viitoarele smartphone-uri.

Costul memoriei RAM

Până în vara anului 2019, prețurile DRAM au rămas scăzute față de nivelurile anterioare – dar, cu toate acestea, volatile. O serie de variabile au contribuit la această volatilitate, printre care:

  • o supraofertă
  • tensiuni de piață între Coreea de Sud și Japonia (unde se află cei mai mari doi producători de cipuri de memorie din lume, Samsung și SK Hynix)
  • introducerea următoarei generații de cipuri mobile, LPDDR5
  • adoptarea sporită a tehnologiei 5G
  • o creștere anticipată a cererii pentru electronicele de consum din cadrul Internet of Things (IoT), cum ar fi automobilele și dispozitivele purtabile, care utilizează cipurile

.