RAM

RAM (engl. random-access memory — „memorija sa slučajnim pristupom”), označava vrstu memorije koja je direktno adresibilna i njenom sadržaju se može pristupiti po proizvoljnoj lokaciji, a ne samo redom (sekvencijalno, kao kod traka). RAM dozvoljava da se podaci uzimaju direktno u nasumičnom redosledu. Kod drugih medijuma, poput tvrdih diskova, CD-ova, DVD-ova i magnetnih traka, kao i primitivnih tipova memorija poput doboš memorije, podaci se zapisuju u predodređenom redu, uzastopno, zbog ograničenja mehaničkog dizajna. Zbog toga, vreme pristupanja datoj lokaciji varira zavisno od fizičke lokacije.

Najčešće se koristi u računarima kao primarna ili glavna memorija, mada to nije neophodno.

Danas je RAM u obliku integrisanih kola. Striktno govoreći, moderni tipovi DRAM-a nemaju nasumičan pristup, pošto se podaci čitaju u rafalima, iako je ime DRAM ostalo. Ipak mnogi tipovi SRAM-a, ROM-a, OTP-a i NOR fleša i dalje imaju slučajan pristup i u striktnom smislu.^[1] RAM se povezuje sa nepostojanim tipom memorije (kao što su DRAM memorijski moduli), gde se informacije gube ako nestane struje. Mnogi drugi tipovi postojane memorije su RAM takođe, uključujući većinu ROM i jedan tip fleš memorije zvan NOR fleš. Prvi RAM moduli na tržištu su napravljeni 1951. i prodavani su do kraja 1960-ih.

Pod terminom RAM se često smatraju memorije koje gube sadržaj po prestanku napajanja (npr. nasuprot ROM memorijama), ali to nije neophodno jer skraćenica RAM jedino označava slobodu u redosledu pristupa.

Istorija

Rani računari su koristili releje za glavne funkcije memorije.^[2] Ultrazvučne linije na kašnjenje su mogli da isporuče podatke samo onako kako su napisani. Doboš memorija je mogla jeftino da se proširi ali vraćanje nesekvencijalne memorije je zahtevalo poznavanje doboš memorije. Reze napravljene od trioda iz vakuumskih cevi i diskretnih tranzistora su korišćene za manje i brže memorije kao što su registri sa nasumičnim pristupom. Takvi registri su bili veliki, neefikasni i skupi za čuvanje velikih podataka. Generalno se moglo koristiti samo stotinu ili hiljadu bajtova.

Prva praktična RAM memorija je bila Vilijamsova tuba, napravljena 1947. Čuvala je podatke kao električno nabijene tačke na ekranu CRT. Pošto je elektronski zrak mogao da piše i čita tačke na tubi u bilo kom redosledu, ovo je bila RAM. Kapacitet je porastao sa nekoliko stotina na hiljadu bitova, ali je bila mnogo manja, efikasnija i brža. Razvijena je n Univerzitetu Mančester u Engleskoj.

Memorija sa magnetnim jezgrom je napravljena 1947. i razvijana je do 1970-ih. Postala je široko korišćena vrsta RAM-a.^[3] Menjanjem magnetizacije svakog prstena, podaci bi mogli biti čuvani sa jednim bitom po prstenu. Pošto je svaki prsten imao kombinaciju adresnih žica za biranje i čitanje ili pisanje, pristup bilo kojoj memorijskoj lokaciji je bio moguć.

Memorija sa magnetnim jezgrom je bila standardna memorija dok je nije zamenila memorija čvrstog stanja, sa početkom 1970-ih. Robert Denard je izumeo DRAM 1968. Ovo je omogućilo eksperimentisanje sa 4 ili 6 tranzistornim kolom sa rezom od jednog tranzistora za svaki memorijski bit, što je značajno povećalo gustinu memorije. Oidacu su postavljani u mali kapacitet u svakom tranzistoru i morao je biti periodično osvežen svakih par milisekundi pre nego što memorija iscuri. Pre razvoja integrisanih ROM kola, trajni RAM je često pravljen koristeći matrice dioda koje su pokretali dekoderi adresa.

Podela memorije

RAM memorija

Kada se uopšteno govori o memoriji, osnovna podela je na ROM, RAM i hibrid ta dva tipa. Iz ROM-a podaci mogu samo da se čitaju pa otuda i ime ROM. Postoji više vrsta ROM-a od kojih je prvi i najosnovniji onaj u kojem su instrukcije hardverski upisane rasporedom tranzistora unutar čipa. Takve memorije se i danas upotrebljavaju pod imenom MROM i njihova osnovna prednost je niska cena proizvodnje (kada se pravi veliki broj čipova). Sledeći korak je PROM koji dolazi neprogramiran. Podaci se u njega upisuju programatorom koji pušta struju na ulazne pinove čipa. Kada se PROM jednom programira, njegov sadržaj je nemoguće izmeniti. Sadržaj EPROM-a upisuje se na isti način, ali ga je moguće brisati i ponovo upisati neograničen broj puta. EPROM se briše osvetljavanjem površine čipa UV svetlošću kroz stakleni prozorčić.

Često se kao suprotnost ROM-u uzima RAM. Skraćenica RAM znači da se podacima pohranjenim u memoriji može pristupati nasumično. Da ne bude zabune, i ROM omogućava nasumično čitanje podataka. Ime RAM potiče iz vremena kada je bilo uobičajeno da se podaci iz memorije čitaju sekvencijalno pa je taj naziv ostao do danas iako to nije glavna osobina ove memorije. Osnovna razlika između RAM-a i ROM-a je što se u RAM neograničeno upisuje i briše, ponekad i nekoliko puta u sekundi, ali je za čuvanje podataka neophodna struja. Uža podela RAM-a je na SRAM i DRAM. SRAM čuva podatke dokle god čip dobija struju, dok je podatke u DRAM-u potrebno osvežavati i pored toga što čip konstantno dobija struju. DRAM kontroler konstantno osvežava sadržaj memorije i omogućava da se DRAM ponaša kao SRAM. Čemu onda postojanje oba tipa memorije? SRAM je oko četiri puta brži od DRAM-a, ali je zato i puno skuplji i zauzima više mesta. Zbog toga se SRAM koristi tamo gde su potrebne male količine brze memorije, kao što je L1 i L2 keš procesora. Drugo pitanje je zašto je sadržaj DRAM-a neophodno obnavljati, a SRAM-a ne. Konstrukcija DRAM-a je izuzetno jednostavna – svaki bit memorije sastoji se od jednog tranzistora i jednog kondenzatora (za razliku od šest i više tranzistora po bitu kod SRAM-a). Ukoliko u kondenzatoru ima struje, vrednost je „1”, a ako nema, onda je „0”. Pošto su kondenzatori jako mali, oni veoma brzo gube struju pa je njihov sadržaj potrebno često osvežavati u periodima od nekoliko milisekundi. Kod SRAM-a se podatak da li je bit „0” ili „1” dobija na osnovu napona na izlazu tzv. flip-flop kola.

Kako se tehnologija razvijala tako je linija koja razdvaja RAM i ROM počela da bledi i javlja se veliki broj memorija koje spadaju u hibridne. Njihov sadržaj je moguće menjati neograničen broj puta, ali im ne treba osvežavanje kako bi ga čuvale. Takve su EEPROM i fleš memorija kao naslednici ROM-a i NVRAM kao izdanak SRAM-a. EEPROM se briše pomoću softvera. Ovaj najfleksibilniji tip ROM-a se koristi za čuvanje BIOS u računarima. Sporiji je od RAM-a i skuplji. Fleš memorija je veoma slična EEPROM-u, samo što je brža prilikom pristupanja i jeftinija. Razlika je u tome što fleš memorija radi sa sektorima, a ne bajtovima, zbog čega je i brža. NVRAM u stvari predstavlja SRAM s baterijom koja čuva integritet sadržaja.

Tipovi RAM-a

Tri glavna tipa modernog RAM-a su SRAM, DRAM i PRAM. U SRAM-u, deo podataka je čuvan korišćenjem stanja flip flopova. Ova vrsta RAM-a je skuplja za proizvodnju, ali je brža i zahteva manje struje od DRAM-a i u modernim računarima se češće koristi kao keš memorija za CPJ.

DRAM čuva deo podataka korišćenjem tranzistora i kondenzatora, koji zajedno čine memorijsku ćeliju. Kondenzator drži visoko ili nisko stanje (1 ili 0), a tranzistor se ponaša kao prekidač koji dopušta kontroli na čipu da čita stanje kondenzatora i da ga menja. Pošto je ovaj tip memorije jeftiniji od SRAM-a, dominantan je u računarskoj memoriji u današnjim računarima.

I statički i dinamički RAM su nepostojani, jer se njihovo stanje gubi ako nestane struje. RAM koji ne gubi sadržaj po nestanku napajanja (NVRAM). ROM sa druge strane zauvek čuva podatke tako što trajno uključuje ili isključuje izabrane tranzistore tako da memorija ne može da se menja. Varijante ROM-a na koje može da se piše kao što su EEPROM i fleš memorija dele osobine i sa ROM-om i sa RAM-om, što omogućava podacima da istraju bez struje i da se ažuriraju bez posebne opreme. Ove istrajne forme poluprovodničkog ROM-a koriste USB fleševi, memorijske kartice i tako dalje. ECC memorija ima specijalna kola za detektovanje i popravljanje slučajnih (memorijskih) grešaka u sačuvanim podacima.

Neke RAM memorije imaju više pristupnih magistrala, za više nezavisnih korisnika. Po tome se dele na:

Dvoportni RAM - RAM sa dva kompletna nezavisna porta, pristupna puta.
Video RAM - dvoportni RAM u koje je jedna magistrala nudi samo sekvencijalni pristup.

Generalno termin RAM se odnosi na uređaje sa memorijom čvrstog stanja i specifično glavnu memoriju u većini računara. U optičkim medijumima, termin DVD-RAM je pogrešan jer ne mora da se briše pre ponovnog korišćenja. On se ponaša kao tvrdi disk ili sporije.

Savremeni operativni sistemi omogućavaju simulaciju RAM memorije na tvrdim diskovima u vidu virtuelne memorije.

Vrste RAM-a

Kao što smo rekli, dinamički RAM se koristi kao sistemska memorija u računarima. Radi lakše manipulacije, memorija se ugrađuje na memorijske module koji su se tokom razvoja računarske industrije menjali. Memorija se razlikuje po izgledu i tipu tehnologije. Kada se izgled, to jest tzv. faktor oblika (form factor) uzima u obzir, gledaju se dimenzije memorijskog modula i broj i raspored kontakata (pinova). Najveći broj kompjuterskih sistema podržava samo jedan tip memorijskih modula, mada u prelaznim periodima ploče često podržavaju dva tipa memorije (po starijem, odlazećem i novijem, dolazećem standardu). Osnovni faktori oblika memorijskih modula su SIMM, DIMM, SO-DIMM, RIMM i SO-RIMM. Razlikovanje memorijskih modula po upotrebljenoj tehnologiji znatno je komplikovanije jer potpuno različiti tipovi memorije mogu koristiti isti faktor oblika. Glavne tehnologije u upotrebi kod memorija su FPM, EDO, SDRAM, DDR SDRAM i DDR2 SDRAM i Direct Rambus.

SIMM

SIMM 30 pin

Prvi memorijski moduli koji su se masovno proizvodili bili su 30-pinski SIMM-ovi (Single In-line Memory Module) koji su radili na 5 V. Mogli su da budu bez pariteta (tada su imali dva ili osam čipova po SIMM-u) ili sa paritetom (imali su tri ili devet čipova po SIMM-u). Pravili su se sa kapacitetima između 256 KB i 8 MB i morali su da se instaliraju u paru. Podatke su prenosili osmobitno i korišćeni su u 286, 386 i ranim 486 i Eplovim računarima.

SIMM 72 pin (EDO)

Vrlo brzo u upotrebu su ušli 72-pinski moduli. Mogli su da budu bez pariteta ili sa njim i dolazili su sa kapacitetima od 4 MB, 8 MB, 16 MB i 32 MB. Proizvodili su se za dve voltaže, od 5 i 3,3 V. Ovi moduli su bili 32-bitni i korišćeni su u kasnijim 486 i ranim Pentium računarima, kao i u kasnijim modelima Eplovih računara. Kod većine 486 ploča bilo je moguće staviti jedan 72-pinski SIMM, dok su Pentium i PowerMac zahtevali SIMM-ove u paru.

DIMM

Kako je rasla potreba za većom količinom radne memorije, a raspoloživ prostor na matičnoj ploči se smanjivao, tako se javilo DIMM (Dual In-line Memory Module) rešenje. Radi se o modulima koji imaju odvojene pinove s obe strane memorijske ploče, a njihov broj može biti 100, 168 ili 184 (i SIMM-ovi imaju pinove s obe strane ploče, ali su odgovarajući pinovi međusobno spojeni).

U štampačima se koriste stopinski DIMM-ovi, a kapacitet im se kreće između 16 i 128 MB. Podatke prenose 64-bitno, a postoje u varijantama FPM i EDO, kao i SDRAM.

Najrasprostranjeniji su 168-pinski moduli. Kao FPM i EDO moduli rade na naponima od 3,3 i 5 V, a kao SDRAM na 5 V. Podatke prenose 64-bitno i dolaze u kapacitetima od 16, 32, 64, 128, 256, 512 MB i 1 GB. Imaju dva zareza na osnovi koja ide u memorijski slot.

DIMM moduli sa 184 pina su po dimenzijama identični 168-pinskim. Kako bi se izbeglo ubacivanje u pogrešan slot, imaju samo jedan zarez na osnovi. Rade na 2,5 V i podatke prenose 64-bitno. Ovaj oblik modula koriste DDR SDRAM memorije.

Memorijski moduli sa 240 pinova rade na 1,8 V i imaju 64-bitni protok. Ovaj oblik se upotrebljava za DDR2 memorijske module. Pošto ovi moduli nisu kompatibilni sa 184-pinskim DDR slotovima zbog različite konfiguracije pinova i voltaže, zarez na osnovi se nalazi na drugom mestu.

FPM DRAM

FPM (Fast Page Mode) bio je uobičajeni standard za DRAM. Memorijske ćelije u čipu su organizovane po redovima (rows ili pages). Svaka ćelija ima svoju adresu sačinjenu od rednog broja reda i rednog broja u okviru reda. FPM ubrzava pristup memoriji tako što je dovoljno samo jednom navesti broj reda za očitavanje različitih ćelija u okviru istog reda, a ne svaki put kompletnu adresu ćelije.

EDO DRAM

EDO (Extended Data Out) bio je sledeća inovacija u memorijskim tehnologijama koja je korišćena u konfiguracijama bez pariteta, od Pentiuma nadalje. EDO je sličan FPM-u, ali je dodatno ubrzavao uzastopna čitanja memorijskih ćelija tako da je pružao ubrzanja od 10 do 15% u odnosu na FPM.

SDRAM

SDRAM (Synchronous DRAM) koristi takt magistrale kako bi sinhronizovao ulaz i izlaz signala koji je opet sinhronizovan s taktom procesora. Na taj način procesor zna kada će podaci biti dostupni i može da se bavi nečim drugim do tog trenutka. Ova tehnologija je znatno brža od FPM i EDO DRAM-ova. SDRAM se vezuje za takt pa u oznaci ima i vrednost brzine magistrale u megahercima (na primer, PC66 SDRAM). PC100, PC133 i PC150 SDRAM-ovi ispunjavaju Intelovu specifikaciju za proizvodnju memorijskih čipova koji rade sa čip-setom i440BX koji je radio na 100/133 MHz.

DDR SDRAM

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) je razvijen na temeljima PC100/PC133 tehnologije. Za razliku od SDRAM-a, DDR SDRAM podržava dve operacije po ciklusu tako da radi duplo brže od odgovarajućeg SDRAM-a. Tako u sistemu s magistralom od 100 MHz DDR memorija radi na 200 MHz. Oznake memorijskih čipova imaju vrednost na kojoj rade (recimo DDR200). Oznake DDR modula se prave na osnovu njihovog maksimalnog protoka u sekundi (pa se tako DDR DIMM koji radi na 200 MHz naziva PC1600 DIMM, jer ima protok od 1600 Mbit/s).

Ovde je bitno naglasiti da tzv. Dual Channel tehnologija koja duplira maksimalni protok nije oznaka posebnog tipa DDR memorije, već karakteristika ploče koja ima dva memorijska kontrolera i na taj način efektivno duplira protok. Bilo koji DDR modul može da radi kao Dual Channel, bitno je samo da se u ploču stave dva (tehnološki) identična modula po kanalu.

DDR2 SDRAM

DIMM 240 pin (DDR2)

DDR2 je evolucija DDR memorije koja nudi veće brzine, veći protok i manju potrošnju i zagrevanje. Nomenklatura je ista kao kod DDR-a, pa tako memorijski čip koji radi na ploči s magistralom od 200 MHz ima brzinu 400 MHz i oznaku DDR2-400, a oznaka odgovarajućeg modula je PC2-3200.

SO-DIMM

SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module) je podvarijanta DIMM modula koja se ugrađuje u prenosne računare. Ovi moduli su malih dimenzija i imaju 72, 144 ili 200 pinova. Oni sa 72 pina su kapaciteta 8, 16 i 32 MB i nuđeni su kao FPM i EDO moduli voltaže 3,3 V. Njihov protok je 32-bitni i ugrađivani su u Pentium II laptope.

Oni sa 144 pina su korišćeni u PC66 i PC100 SDRAM laptopima i pružaju 64-bitni protok. Kapacitet im je između 16 MB i 256 MB po modulu.

Dvestapinski su najsavremeniji i u pitanju su DDR SO-DIMM, kao i DDR2 SO-DIMM moduli. Razlika između poslednja dva je u voltaži na kojoj rade i u zarezu na osnovi.

RIMM

RIMM (Rambus In-line Memory Module) jeste 184-pinski modul prekriven aluminijumskim hladnjacima jer se ovaj tip memorije mnogo greje zbog velike brzine pristupa (600, 700, 800 MHz) i protoka od samo 16 bita. Takođe, sami čipovi su prilično osetljivi. Ovi moduli rade na naponu od 2,5 V koji se interno spušta na 0,5 V kada god je moguće, kako bi se smanjilo zagrevanje. Zarezi na osnovi sprečavaju stavljanje RIMM modula u DDR slotove. Na ovom faktoru oblika se nalaze samo Direct Rambus memorijski moduli.

SO-RIMM

SO-RIMM (Small Outline RIMM) je isto što i SO-DIMM u odnosu na DIMM. U pitanju je 160-pinski memorijski modul koji radi na 2,5 V i po izgledu podseća na SO-DIMM, osim što ima zareze na osnovi na različitom mestu i aluminijumske hladnjake preko čipova.

RDRAM

RDRAM (Rambus DRAM) ili Direct Rambus je inovativna tehnologija koja je bila neuporedivo brža od konkurentskih kada se pojavila (300% u poređenju sa tadašnjom SDRAM tehnologijom). Ova tehnologija se bazirala na 16-bitnom Direct Rambus kanalu koji je radio na taktu većem od sistemskog (400 MHz). Direct Rambus memorije rade na taktu duplo bržem od te magistrale, a u imenu oznake se nalazi njihova brzina (recimo, PC800). Na taj način je postizan protok od 1600 Mb/s (što se može upoređivati sa DDR memorijom).

Hijerarhija memorije

Mnogi računarski sistemi imaju ovu hijerarhiju koja se sastoji od registara centralne procesorske jedinice, SRAM keša na čipu, eksterni keš, DRAM i virtuelnu memoriju na tvrdom disku. Svu ovu memoriju proizvođači zovu RAM čak iako razni podsistemi mogu imati različita vremena pristupa. Čak u hijerarhiji sa nivoima poput DRAM-a, specifični red, kolona, rang, kanal komponenti čine da ovo vreme varira. Sveobuhvatni cilj memorijske hijerarhije je imati najbolje moguće performanse i smanjenje cene celog memorijskog sistema (memorijska hijerarhija prati pristupna vremena sa brzim CPJ registrima na vrhu i sporim tvrdim diskom na dnu).

U većini modernih računara, RAM dolazi u obliku memorijskih modula ili DRAM modula. Ovi moduli se mogu brzo zameniti ako se pokvare ili kada zatreba veći kapacitet. Kao što je rečeno, male količine RAM-a (uglavnom SRAM) je integrisano na CPJ i na druga mesta na matičnoj ploči, kao i na tvrdim diskovima, CD-ovima, i ostalim delovima računarskog sistema.

Virtuelna memorija

Većina modernih OS imaju metod za širenje kapaciteta RAM-a, poznatije kao virtuelna memorija. Deo tvrdog diska se ostavi za paging file ili scratch partition, i kombinacija fizičkog RAM-a i fajla čine celu memoriju sistema. Kada sistemu ostane malo fizičke memorije, može da zameni delove RAM-a u fajl i da napravi prostora za nove podatke, kao i da vrati prethodno zamenjene informacije nazad u RAM. Prekomerno korišćenje ovoga se zove trešing i generalno umanjuje sistemske performanse, pošto je tvrdi disk mnogo sporiji od RAM-a.

RAM disk

Softver može da particioniše deo računarskog RAM-a, što mu omogućava da radi kao mnogo brže tvrdi disk koji se zove RAM disk. RAM disk gubi postavljene podatke kada je računar ugašen, osim ako je uključen stendbaj režim.

Senka RAM

Nekad, sadržaji relativno sporog ROM čipa se kopiraju na čitaj/piši memoriju da omogući brži pristup. ROM se tada gasi, dok se inicijalizovana memorija pali na istom bloku adresa (često zaštićena od pisanja). Ovaj proces se ponekad zove senčenje, i čest je u računarima i ugrađenim sistemima.

Kao zajednički primer, BIOS u tipičnom računaru ima opciju “koristi senka BIOS“ ili slično. Kada se uključi funkcije se oslanjaju na podatke iz BIOS-ovog ROM-a će umesto toga koristi DRAM lokacije. Zavisno od sistema, ovo ne mora da poboljša performanse, ali može da napravi nekompatibilnost. Na primer nekom hardveru OS ne može da pristupi ako ova opcija nije uključena. Na nekim sistemima dobici su hipotetički jer se BIOS ne koristi nakon butovanja u korist direktnog hardverskog pristupa. Slobodna memorija je smanjena za veličinu ROM-a u senci.

Skorašnji razvoji

Nekoliko novih postojanih RAM-ova se razvijaju, koji će čuvati podatke nakon gašenja. Tehnologije koje se koriste uključuju ugljenične nanocevi i efekat magnetnog tunela. Među prvom generacijom MRAM-a 128 kibibajta (128 × 2¹⁰ bajta) magnetnog RAM-a na čipu je napravljen sa 0.18 µm tehnologijom u leto 2003. Infinion Teknolodžis je juna 2004 otkrio prototip od 16 mebibajta baziran na istoj tehnologiji. Postoje dve tehnike druge generacije u razvoju: termalno asistirano prekidanje (TAS) koga razvija Krokas Teknolodži, i transfer obrtnog momenta spina (STT) na kojem rade Krokas, Hajniks, IBM i nekoliko ostalih kompanija. Nantero je napravio funkcionalni prototip baziran na ugljeničnoj nanocevi od 10 gibibajta. Videće se da li će neka od ovih tehnologija eventualno uzeti deo kolača DRAM-u, SRAM-u i fleš tehnologiji.

Memorijski zid

Memorijski zid je rastući disparitet u brzini CPJ i memoriji van CPJ. Bitan razlog za ovo je ograničeni bendvit između granica čipa. Od 1986. do 2000, CPJ brzine su rasle na godišnjem nivou od 55% dok su memorijske brzine rasle za 10%. Zbog ovih trendova, očekuje se da latencija memorije postane usko grlo računarskih performansi.

Poboljšanja brzina centralne procesorske jedinice je uglavnom zbog fizičkih barijera i zbog toga što je sadašnji dizajn već udario u memorijski zid u određenom smislu.

Vidi još

Reference

^ Gallagher, Sean. „Memory that never forgets: non-volatile DIMMs hit the market”. Ars Technica.
^ „IBM Archives -- FAQ's for Products and Services”. ibm.com.
^ Bellis, Mary. „The Invention of the Intel 1103”. Arhivirano iz originala 14. 03. 2020. g. Pristupljeno 29. 12. 2016.

Spoljašnje veze

[1] Gallagher, Sean. „Memory that never forgets: non-volatile DIMMs hit the market”. Ars Technica.

[2] „IBM Archives -- FAQ's for Products and Services”. ibm.com.

[3] Bellis, Mary. „The Invention of the Intel 1103”. Arhivirano iz originala 14. 03. 2020. g. Pristupljeno 29. 12. 2016.

[1]

[2]

[3]