A RAM: az operatív tár

A RAM legfontosabb feladata az éppen futó alkalmazások igényeinek kiszolgálása, biztosítani az alkalmazások és a processzor számításaihoz szükséges területet. Ehhez alapvetően nagy adatátviteli sebességre van szükség és minimális késleltetésre.

A RAM alapvető jellemzői:

- közvetlenül elérhető tárolóegység
- tartalmazza a futó alkalmazások adatait, utasításait és számításait
- az adatok egy adott helyen tárolódnak, ehhez a helyhez más alkalmazás is hozzáférhet megfelelő engedély birtokában
- adatai gyorsan elvesznek, ezért állandóan frissíteni kell őket (másodpercenként akár sok milliószor is!)
- véletlen áramszünetkor az összes adata elveszik.

A RAM-ok jellemző mennyiségei:

- memóriakapacitás
- memóriarekesz mérete
- elérési/hozzáférési idő
- memória frissítési sebessége

A memóriakapacitás elég egyszerű és gyakorlatilag a fentiekből a legfontosabb jellemző. A digitális eszközökben minden egyes memóriacella adata 1 vagy 0 lehet. Ez az alapvető memóriacella a bit. Praktikus okokból mégis a 8 bit = 1 byte lett a tárolás alapja, mivel ezt volt a legkönnyebb programozni. Nagyobb mértékegységek között a váltószám a 2¹⁰=1024.

A nagyobb egységek a következők:

1 KB = 1 Kilobájt = 1024 Bájt.
1 MB = 1 MegaBájt = 1024 KB = 2²⁰ Bájt.
1 GB = 1 GigaBájt = 1024 MB = 2³⁰ Bájt.
1 TB = 1 Terrabájt = 1024 GB = 2⁴⁰ Bájt.
1 PB = 1 PetaBájt = 1024 TB = 2⁵⁰ Bájt.
1 EB = 1 ExaBájt = 1024 PB = 2⁶⁰ Bájt.
1 ZB = 1 ZettaBájt = 1024 EB = 2⁷⁰ Bájt.
1 YB = 1 YottaBájt = 1024 ZB = 2⁸⁰ Bájt.

Egy apró személyes történet: életem legelső pendrive-ját egy ismerősömnek vettem. Az akkori 64 MB-os méretért kb. a fél havi fizetésemet kellett leszurkolni. Ezeket a sorokat 2020. júliusában írom. Egy kb. 4000-szer akkora, 256 GB-os kütyüért most 25 ezer Ft körüli összeget kell adni, ami a havi fizetésem töredéke.

A memóriarekesz az operatív memória olyan része, amelynek tartalma egy memóriaciklus alatt olvasható ki, illetve írható felül. A memóriarekeszek egyedi címmel rendelkeznek, így könnyen megcímezhetők. Ezt a címzést a CPU vagy egy tetszőleges alkalmazás is megadhatja. Az egyes memóriarekesz tartalmát lehet olvasni vagy írni. Olvasáskor a tartalom megmarad, míg íráskor felülíródik. Írásnak minősül az is, amikor pl. 1 bit tartalma megváltozik. A memóriarekesz mérete 1 bit, 1-2 bájt, vagy több is lehet. Ez erősen függ az egyes programok, illetve az operációs rendszer igényeitől.

Az elérési/hozzáférési idő szintén lényeges, mivel ez határozza meg, hogy a CPU vagy az egyes program milyen sebességgel éri el a kívánt címet. Ez jelentősen befolyásolja az egész számítógép működését.

- SIMM (Single In-Line Memory Module = Sima soros memóriamodul): Korai memóriatípus-tokozás még a 286/386/486-os CPU-k korszakából, amikor a SIMM-mek általában a gépek alaplapjába voltak beillesztve, esetleg külső memóriakártyára. A korai SIMM-mek 8 adatbitet kezeltek egy 30-tűs csatlakozóval. Később, amikor a CPU-k 32 bitesek lettek, az újabb generációs SIMM-ek 72 tűssé váltak. Képen: 30-, illetve 72-tűs SIMM-chipek. (A és B jellel)

(Kép eredetije: http://panam.gateway.com/s/tutorials/images/Topic_37929/160168.gif)

- DIMM (Dual In-Line Memory Module = Duális soros memóriamodul): Pentium II-korszak óta általánosan használt memória-tokozás. Tűk száma: 200, 240, esetleg 244.

Képen: alapvető méretek általánosan használt 240 tűs DIMM esetén.

(Kép eredetije: http://www.simmtester.com/page/news/images/dimm/ddr3%20240%20dimm.jpg)

Alapvetően két külön RAM-típus van:

- SRAM (Static RAM = statikus RAM): Az információt két állapottal rendelkező kapcsolók (flip-flop-ok) tárolják, nem kell frissíteni, ára magasabb. Adatait megőrzi, amíg a berendezés áram alatt van; tehát áramszünet esetén az itt tárolt adatok elvesznek! Fizikailag az SRAM chipek tranzisztor-mátrixot használnak és nem kondenzátorokat, így megoldható az adatok állandó, frissítés nélküli tárolása. A használt tranzisztorok kialakítása és helyigénye miatt az SRAM-ok ára magas, valamint a technológia miatt elég nagy a fogyasztásuk. Gyakori a használatuk a nagyon gyors hozzáférést igénylő cache-ként.
- DRAM (Dynamic RAM = Dinamikus RAM): Az információt apró kondenzátorok tárolják, melyekből gyorsan elpárolog a megfelelő töltés, így az SRAM-mal ellentétben igen gyakran kell őket frissíteni. A memória frissítési sebessége akár több millió is lehet másodpercenként! Alacsony ára és kis mérete miatt a DRAM-ot használják rendszermemóriaként. Minden DRAM-ot memóriacellák alkotják, melyek egy kondenzátorból és egy tranzisztorból állnak. További jellemzői: viszonylag rövid élettartam, SRAM-nál lassabb működés, kis méret, alacsony ár és kicsi energiafogyasztás.

Számos DRAM típus létezik. Ezek közül a fontosabbak:

- FPRAM (Fast Page RAM = Gyorsabb lapozású RAM): A megszokott DRAM címzés sebességének megnövelésére kidolgoztak egy módszert, amivel 40-50%-kal növelni tudták az elérési sebességet. A mátrixszerűen szervezett FPRAM-nál az egy lapon lévő cellák sorcíme azonos, vagyis egy lapon belül csak az oszlopcímek változnak. Így ha azonos lapon lévő cellákat szeretnénk elérni, akkor egyszerűbb a sorcímet megtartani és pusztán az oszlopcímeket változtatni.
- EDORAM (Extended Data Out RAM = kiterjesztett adat kimenetelű RAM): Elterjedése nagyjából a Pentium-gépek elejének korszakára tehető. Sebessége kb. 15-30%-kal haladta meg az FPRAM-okét. Sebessége 50 MHz körüli. A piacra dobásukkor több számítógépgyártó is azt állította, hogy ha valaki EDORAM-ot használ, akkor nem kell L2-cache a számítógépbe, mivel így is jó teljesítményt kap a végfelhasználó. Ám ez hibás információ volt, mivel az EDORAM együtt dolgozva az L2-cache-sel nagyobb teljesítményt nyújt, mint nélküle. Jellemző kapacitásuk: 32-128 MB. Tokozása: SIMM 72-tűs. Csak párban bővíthető!
- SDRAM (Synchronous Dynamic RAM = szinkron dinamikus RAM): Az EDORAM közvetlen utóda. Mivel sebessége megegyezett a rendszerbusszal, ezért nevét is innen kapta. Eredetileg 168-tűs csatlakozással rendelkezett. Tervezése miatt kiválóan ki tudta szolgálni a CPU-t, így megszűntek a szinkronizálás hiányából adódó problémák. Alapja: a memóriát két területre (memory bank) osztják fel. Mialatt a memóriavezérlő az egyikből olvas vagy ír, azalatt a másiknak már átadja az oda vonatkozó memóriacímet. Így az első adat feldolgozása után már nem kell várni a második megérkezésére, mivel az a címzési eljárás miatt azonnal rendelkezésre áll. Gyakori sebességei: 66-133 MHz. Némi rendszerturbózással elérhető volt akár a 180 MHz is. Piacról való kiszorulását a processzorok sebességének növelése okozta. Jellemző kapacitásuk: 32-1024 MB. Tokozása: DIMM.
- DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM = Dupla adatsebességű SDRAM): Röviden: DDR. Technológiája erősen hasonlít az SDRAM-hoz, mivel alapvetően megduplázza annak sebességét az órajel segítségével. A DDR alapvetően 333 MHz-en működik, ami ténylegesen 2*166 MHz-nek felel meg. Technológiai alapja a 2,5 Volt feszültségű adatátvitel 184-tűs DIMM-ek használatával. Fizikailag sem kompatibilis az SDRAM-mal, bár elődjéhez hasonlóan párhuzamos buszt használ. Elterjedt sebességek: 200-400 MHz. Jellemző kapacitásuk: 32-512 MB. Tokozása: DIMM.
- RDRAM (Rambus DRAM = Rambus DRAM): Eredetileg a Rambus nevű cég fejlesztette ki az Intel Pentium III-as processzorokhoz, de az a CPU nem volt képes kihasználni a Rambus óriási sebességét. Továbbá elterjedését komolyan akadályozta elég magas ára. A Pentium IV-es megnövelt adatbuszával már képes volt kihasználni a Rambus képességeit, így megjelentek újabb verziói is. Működési frekvencia: 600-800 MHz. Jellemző kapacitásuk: 256 MB – 2 GB.
- DDR2 (DDR 2. generáció): A DDR közvetlen utóda, annak fejlesztésével jött létre. Használata alaplapfüggő, mivel az egyes generációk csak a nekik megfelelő alaplapot hajlandóak használni. Tehát 1-es generációs DDR csak 1-es alaplapba illeszkedik bele, illetve 2-es generációs DDR csak 2-es alaplapba illeszkedik bele. Elterjedt sebességek: 200-533 MHz. Kialakítás: 240-tűs csatlakozó. Tokozása: DIMM. Jellemző kapacitásuk: 256 MB – 2 GB.

A fenti képen a nyilak az illesztési lyukak különbségét mutatják a DRR2 és a DDR3-as memóriáknál.
(Kép eredetije: http://build-gaming-computer-guide.com/ddr3-vs-ddr2.html)

- DDR3 (DDR 3. generáció): A DDR2 közvetlen utóda, annak fejlesztésével jött létre. Sajnos itt is megmaradt az a csúnya szokás, hogy az egyes generációk nem értik meg egymást. Elterjedt sebességek: 400-1200 MHz. Kialakítás: 240-tűs csatlakozó. Tokozása: DIMM. Jellemző kapacitásuk: 1 – 16 GB.
- DDR4 (DDR 4. generáció): A DDR3 közvetlen utóda. Elterjedt sebességek: 1600-4200 MHz. Kialakítás: 288-tűs csatlakozó. Tokozása: DIMM. Jellemző kapacitásuk: 4-128 GB. 2013 és 2015 között zajlott le a DDR3 és DDR4 generációi közötti váltás.

(Kép eredetije: https://www.amazon.com/GoodRam-Goodram-Ram-Ddr4-Memoria-16-Gb/dp/B01D8RFLW8)

- DDR5 (DDR 5. generáció): A DDR4 közvetlen utóda. Akár kétszer nagyobb maximális teljesítményt, gyorsabb adatátvitelt és alacsonyabb fogyasztást ígér, mint amit a DDR4 nyújt. A váltás 2020-ban kezdődött el, amikor a Hynix cég egy 64 GB-os modult mutatott be.

(Kép eredetije: https://www.pcx.hu/jovore-erkezik-a-ddr5-mar-zajlik-a-teszteles)

- GDDR (Graphic DDR = Grafikus DDR): A videókártyákhoz használt speciális kialakítású, általában gyors és drága memória. Többnyire kap egy generációt jellemző számot is, pl.: GDDR-4. Általában érvényes, hogy az alaplapon található DDR-hez képest két generációval előrébb jár a GDDR-generáció száma.