Porady

Poznajmy technologię: Jak działa pamięć RAM?

14 września 2015, Aktualizacja 20 marca 2018Lenovo

W kolejnym odcinku cyklu Poznajmy technologię skupimy się na pamięci o dostępie swobodnym czyli RAM.

RAM, pamięć o dostępie swobodnym czyli Random Access Memory to termin zapewne znany każdemu, kto choć trochę interesuje się komputerami, tabletami czy smartfonami. Bardzo często nazywa się ją także pamięcią operacyjną. To poprawna, choć nie do końca precyzyjna definicja. RAM jest podstawową z pamięci operacyjnych komputera, a ten ma ich jeszcze kilka – ustawionych hierarchicznie. Na samej górze znajdują się rejestry samego procesora, czyli pierwsza i zarazem najszybsza warstwa pamięci. Kolejne warstwy są wolniejsze, za to mogą przechowywać większe porcje danych. Druga w kolejności jest pamięć podręczna pierwszego poziomu – L-1 cache. Przyspiesza ona dostęp do kolejnych bloków pamięci. Kolejnym stopniem pamięci operacyjnej komputera jest pamięć podręczna drugiego poziomu czyli L-2 cache. Pośredniczy ona (wykorzystuje się ją jako bufor) w komunikacji pomiędzy RAM a pamięcią podręczna pierwszego poziomu. Jeszcze niżej w hierarchii znajduje się trzeci poziom pamięci podręcznej czyli L-3 cache. Zazwyczaj wykorzystuje się ją w przypadkach, kiedy pojemność L-2 cache jest za mała aby zmieścić dane potrzebne procesorowi. Dopiero poniżej pamięci podręcznych znajduje się RAM. Jeszcze niżej w hierarchii pamięci mamy pamięć zewnętrzną czyli np. dysk twardy (HDD, SSD) oraz pamięci zewnętrzne takie jak dyski USB czy pamięci flash, np. pendrive’y.

Do czego służy RAM

Pamięć operacyjna służy jako pośrednik w komunikacji pomiędzy bardzo szybkimi ale niezbyt pojemnymi pamięciami cache a dysponującymi ogromnymi, w porównaniu do nich, pojemnościami dyskami twardymi, które są jednak w stosunku do pamięci podręcznych wręcz potwornie wolne. W RAM przechowuje się aktualnie wykonywane programy oraz przeznaczone dla nich dane a także wyniki ich pracy.

Budowa RAM

Zgodnie z nazwą, RAM to pamięć o dostępie swobodnym, czyli taka, która pozwala na dostęp do jej dowolnej komórki. Zbudowana jest ona z elementów elektronicznych, które są w stanie zapamiętać swój stan. Każdy z nich jest w stanie zapisać jeden bit danych. Ze względów konstrukcyjnych dzieli się ją na pamięci statyczne, tzw. SRAM (Static RAM) oraz dynamiczne, tzw. DRAM (Dynamic RAM). W pamięciach statycznych stosuje się przerzutnik, który jest w stanie zachować swój stan. Pamięci dynamiczne zbudowane są w oparciu o kondensator. Pierwszy typ jest bardzo szybki i w stosunku do pamięci dynamicznych nie wymagają częstego odświeżania zawartości, bez którego tracą dane. Są jednak dużo droższe od pamięci dynamicznych i stosuje się je wyłącznie tam gdzie właśnie duża szybkość liczy się bardziej niż koszty czyli np. w pamięciach podręcznych (L-1 cache, L-2 cache, L-3 cache). Oprócz niższych kosztów produkcji dużą zaletą pamięci dynamicznych jest niższy pobór energii, w porównaniu do wymagających stałego zasilania pamięci statycznych. Typowy RAM, który możemy np. samodzielnie zamontować w slotach płyty głównej komputerów to pamięci dynamiczne.

Zasada działania RAM

Odczyt i zapis informacji w pamięci operacyjnej jest możliwy dzięki adresowaniu. Każda komórka, z której zbudowana jest pamięć ma swój własny adres. Sposoby adresowania są dwa – dwu- i trójwymiarowe. W metodzie 2D dostęp do każdej z komórek uzyskuje się podając jej adres poprzez dekoder adresów, który znajduje w pamięci odpowiedni rząd i kolumnę – dokładnie tak, jak dzieje się to np. w arkuszu kalkulacyjnym. Przy użyciu adresowania trójwymiarowego dodatkowo podaje się trzeci parametr, lokalizujący komórkę w przestrzeni 3D. Aktualnie stosuje się niemal wyłącznie tę drugą metodę, ze względu na budowę współczesnych modułów pamięci. Po wybraniu i znalezieniu konkretnej komórki pamięci można z niej pobrać dane lub zapisać nowe.Jak działa pamięć RAM?

 

 

Zastosowania RAM

Pamięci RAM stosowane są nie tylko jako klasyczna pamięć operacyjna, którą znaleźć można w komputerach, tabletach czy smartfonach. Korzysta się z niej także w niektórych specjalizowanych komponentach oraz w sterownikach mikroprocesorowych. Znakomitym przykładem pierwszego ze wspomnianych zastosowań są karty graficzne, w konstrukcjach których można spotkać nawet kilkanaście GB RAM.

Rodzaje RAM

Pamięć operacyjna z biegiem czasu ewoluowała. Cały czas rosły jej pojemności oraz częstotliwość działania. W latach osiemdziesiątych stosowano układy w obudowach typu DIP, które z czasem ustąpiły miejsca modułom SIPP a następnie SIMM. Te ostatnie konstrukcyjnie nie różnią się wcale tak bardzo od aktualnych modułów jak mogłoby się wydawać. Już w 1994 wprowadzono, używane do dziś piny, które umożliwiają łatwy montaż pamięci w bankach na płytach głównych. Znacznie większe zmiany zaszły w układach montowanych w modułach RAM. Stosowane od 1997 r pamięci SDR SDRAM czyli Single Data Rate Synchronous Dynamic RAM mogły pracować z częstotliwością do 133 MHz i dysponowały czasami dostępu do 7,5 ns (1999 r.) oraz przepustowością na poziomie 1067 MB/s. Aktualnie, powszechnie stosowane pamięci DDR3 SDRAM oferują przepustowość do nawet 19,2 GB/s (wersja PC3-19200). W kartach graficznych spotkać najczęściej można obecnie moduły GDDR5 oparte na pamięciach DDR3 zmodyfikowanych pod kątem zastosowań graficznych.

DDR4 SDRAM

Najnowszym typem pamięci operacyjnych jest czwarta generacja DDR czyli DDR4. Rozwinięcie pamięci DDR, DDR2 oraz DDR3 wprowadzono na rynek w ubiegłym roku. W stosunku do swoich starszych braci oferują one większą przepustowość przy niższym napięciu oraz pobierają aż o 20% energii mniej niż układy DDR3. W tej chwili układy te obsługiwane są przez procesory Intela piątek i szóstej generacji – Haswell-E oraz Skylake. Powstały z potrzeby rynku i użytkowników oczekujących coraz szybszych i coraz bardziej wydanych układów a w ramach specyfikacji DDR3 niewiele dało się już zrobić.

Pamięci DDR4 są i jak na razie, mowa oczywiście o względnie niedalekiej przyszłości bo technologia rozwija się obecnie w zawrotnym tempie, pozostaną najszybszymi pamięciami operacyjnymi, jakie można zamontować w domowym komputerze. Daleka przyszłość pamięci jest jednak w dalszym ciągu otwarta i kto wie czy w dalszym ciągu będziemy stawiać na półprzewodniki bo już teraz eksperymentuje się z pamięciami z nośnikami krystalicznymi czy magnetycznymi złączami tunelowymi.

Dowiedz się również jak działają dyski SSD!

 

Mamy dla Was konkurs!
Napisz w komentarzu pod postem na Facebooku, jaki temat z zakresu technologii, chciałbyś, byśmy wyjaśnili, a my wybierzemy 3 najciekawsze odpowiedzi i nagrodzimy myszkami Lenovo!

Regulamin



Udostępnij

Komentarze do artykułu


widget instagram lenovo
widget twitter lenovo
widget facebook lenovo
widget youtube lenovo