Che cos'è la memoria RAM e come funziona?

Quando il nostro computer è lento, una delle prime cose che guardiamo è se abbiamo abbastanza memoria RAM. Inoltre, uno dei requisiti richiesti da tutti i programmi, giochi e sistemi operativi è un minimo di RAM. Cos'è veramente la RAM ea cosa serve? Vedremo tutto questo e molto altro oggi in questo articolo.

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Cos'è la RAM

La RAM (Random Access Memory) è un componente fisico del nostro computer, solitamente installato sulla stessa scheda madre. La RAM è rimovibile e può essere espansa da moduli di diverse capacità.

La funzione della memoria RAM è di caricare tutte le istruzioni eseguite nel processore. Queste istruzioni provengono dal sistema operativo, dai dispositivi di input e output, dai dischi rigidi e da tutto ciò che è installato sul computer.

Nella memoria RAM vengono memorizzati tutti i dati e le istruzioni dei programmi in esecuzione, che vengono inviati dalle unità di memoria prima della loro esecuzione. In questo modo possiamo avere a disposizione tutti i programmi che eseguiamo, se non ti aspetti.

Se la RAM non esiste, le istruzioni dovrebbero essere prese direttamente dai dischi rigidi e questi sono molto più lenti di questa memoria ad accesso casuale, rendendola un componente critico nelle prestazioni di un computer.

Si chiama memoria ad accesso casuale perché può essere letta e scritta in una qualsiasi delle sue posizioni di memoria senza dover rispettare un ordine sequenziale per il suo accesso. Ciò non consente praticamente intervalli di attesa per l'accesso alle informazioni.

Componenti fisiche della RAM

Per quanto riguarda i componenti fisici di un modulo di memoria RAM, possiamo distinguere le seguenti parti:

Piastra componenti

È la struttura che supporta gli altri componenti e le piste elettriche che comunicano ciascuna delle parti di questi.

Ognuna di queste schede costituisce un modulo di memoria RAM. Ognuno di questi moduli avrà una certa capacità di memoria in base a quelli esistenti sul mercato.

Banchi di memoria

Sono i componenti fisici responsabili della memorizzazione dei record. Questi banchi di memoria sono formati da chip di circuiti integrati costituiti da transistor e condensatori che formano celle di memoria. Questi elementi consentono di memorizzare al loro interno frammenti di informazioni.

Affinché le informazioni rimangano all'interno dei transistor, sarà necessaria una fornitura elettrica periodica al loro interno. Questo è il motivo per cui quando spegniamo il nostro computer questa memoria è completamente vuota.

Questa è la grande differenza tra, ad esempio, unità di memoria RAM e SSD.

Per saperne di più sulle unità SSD puoi visitare il nostro articolo in cui sono spiegati in dettaglio i migliori modelli e le loro caratteristiche:

Ogni modulo RAM ha diversi di questi banchi di memoria separati fisicamente da chip. In questo modo è possibile accedere alle informazioni di uno di essi mentre un altro viene caricato o scaricato.

orologio

Le memorie RAM sincrone hanno un orologio che ha il compito di sincronizzare le operazioni di lettura e scrittura di questi elementi. Le memorie asincrone non hanno questo tipo di elemento integrato.

Chip SPD

Il chip SPD (Serial Presence Detect) è responsabile della memorizzazione dei dati relativi al modulo di memoria RAM. Questi dati sono dimensioni della memoria, tempo di accesso, velocità e tipo di memoria. In questo modo il computer saprà quale memoria RAM è installata all'interno verificandola al momento dell'accensione.

Bus di collegamento

Questo bus, costituito da contatti elettrici, ha il compito di consentire la comunicazione tra il modulo di memoria e la scheda madre. Grazie a questo elemento avremo moduli di memoria separati dalla scheda madre, potendo così espandere la capacità di memoria mediante nuovi moduli.

Tipi di moduli di memoria RAM

Dopo aver visto i diversi componenti fisici delle memorie RAM, dovremo anche conoscere il tipo di incapsulamento o i moduli che montano. Questi moduli sono sostanzialmente costituiti dalla scheda del componente e dal bus di connessione insieme ai loro pin di contatto. Tra gli altri, questi sono i moduli più utilizzati prima e ora:

• RIMM: questi moduli montano memorie RDRAM o Rambus DRAM. Quindi li vedremo. Questi moduli hanno 184 pin di connessione e un bus a 16 bit. SIMM: questo formato è stato utilizzato dai computer più vecchi. Avremo moduli di contatto da 30 e 60 e bus dati a 16 e 32 bit. DIMM: questo è il formato attualmente utilizzato per le memorie DDR nelle versioni 1, 2, 3 e 4. Il bus dati è a 64 bit e può avere: 168 pin per SDR RAM, 184 per DDR, 240 per DDR2 e DDR3 e 288 per DDR4. SO-DIMM: sarà il formato DIMM specifico per i computer portatili. FB-DIMM: formato DIMM per server.

Tipi di tecnologie RAM

In generale, esistono o sono esistiti due tipi di RAM. Il tipo asincrono, che non ha un orologio da sincronizzare con il processore. E quelli di tipo sincrono che sono in grado di mantenere la sincronizzazione con il processore per ottenere efficienza ed efficacia nell'accesso e nella memorizzazione delle informazioni al loro interno. Vediamo quali esistono di ogni tipo.

Memorie asincrone o DRAM

Le prime memorie DRAM (Dinamic RAM) o RAM dinamiche erano di tipo asincrono. Si chiama DRAM per la sua caratteristica di immagazzinare informazioni in modo casuale e dinamico. La sua struttura di transistor e condensatore significa che per un dato da archiviare all'interno di una cella di memoria, sarà necessario alimentare periodicamente il condensatore.

Queste memorie dinamiche erano di tipo asincrono, quindi non c'erano elementi in grado di sincronizzare la frequenza del processore con la frequenza della memoria stessa. Ciò ha causato una minore efficienza nella comunicazione tra questi due elementi. Alcune memorie asincrone sono le seguenti:

• FPM-RAM (Fast Page Mode RAM): queste memorie sono state utilizzate per il primo Intel Pentium. Il suo design consisteva nel poter inviare un singolo indirizzo e in cambio ricevere molti di questi consecutivi. Ciò consente una migliore risposta ed efficienza in quanto non è necessario inviare e ricevere continuamente singoli indirizzi. EDO-RAM (Extended Data Output RAM): questo design è il miglioramento del precedente. Oltre a poter ricevere indirizzi contigui contemporaneamente, viene letta la colonna di indirizzi precedente, quindi non è necessario attendere gli indirizzi quando vengono inviati. BEDO-RAM (Burst Extended Data RAM): miglioramento della EDO-RAM, questa memoria è stata in grado di accedere a varie posizioni di memoria per inviare raffiche di dati (Burt) in ogni ciclo di clock al processore. Questo ricordo non fu mai commercializzato.

Memorie di tipo sincrono o SDRAM

A differenza dei precedenti, questa RAM dinamica ha un clock interno in grado di sincronizzarlo con il processore. In questo modo, i tempi di accesso e l'efficienza della comunicazione tra i due elementi sono notevolmente migliorati. Attualmente tutti i nostri computer dispongono di questo tipo di memoria. Diamo un'occhiata ai diversi tipi di memorie sincrone.

Rambus DRAM (RDRAM)

Queste memorie sono la revisione completa delle DRAM asincrone. Ciò ha migliorato sia la larghezza di banda che la frequenza di trasmissione. Sono stati usati per la console Nintendo 64. Queste memorie sono state montate in un modulo chiamato RIMM e hanno raggiunto frequenze di 1200 MHz e una larghezza di parola di 64 bit. Sono attualmente deprecati

SDR SDRAM

Erano solo i predecessori dell'attuale DDR SDRAM. Questi sono stati presentati in moduli di tipo DIMM. Questi hanno la possibilità di connettersi agli slot della scheda madre e sono composti da 168 contatti. Questo tipo di memoria supportava una dimensione massima di 515 MB. Sono stati utilizzati nei processori AMD Athlon e Pentium 2 e 3

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

Queste sono le memorie RAM attualmente utilizzate nei nostri computer, con diversi aggiornamenti. Le memorie DDR consentono il trasferimento di informazioni attraverso due canali diversi contemporaneamente nello stesso ciclo di clock (Double Data).

L'incapsulamento consisteva in un DIMM a 184 pin e una capacità massima di 1 GB. Le memorie DDR sono state utilizzate da AMD Athlon e successivamente da Pentium 4. La frequenza di clock massima era di 500 MHz

DDR2 SDRAM

Attraverso questa evoluzione della RAM DDR, i bit trasferiti in ciascun ciclo di clock sono stati raddoppiati a 4 (quattro trasferimenti), due in avanti e due per il ritorno.

L'incapsulamento è di tipo DIMM a 240 pin. La frequenza di clock massima è di 1200 MHz. La latenza (accesso alle informazioni e tempo di risposta) per i chip di tipo DDR2 aumenta rispetto al DDR, quindi a questo proposito riduce le loro prestazioni. Le memorie DDR2 non sono compatibili nell'installazione con i DDR, perché funzionano con una tensione diversa.

DDR3 SDRAM

Ancora un'altra evoluzione dello standard DDR. In questo caso, l'efficienza energetica viene migliorata lavorando a una tensione inferiore. L'incapsulamento è ancora un tipo DIMM a 240 pin e la frequenza di clock arriva fino a 2666 MHz. La capacità per modulo di memoria è fino a 16 GB.

Come nel salto tecnologico, questi DDR3 sono memorie con una latenza più elevata rispetto alle precedenti e non sono compatibili nell'installazione con le versioni precedenti.

DDR4 SDRAM

Come nei casi precedenti, ha un sostanziale miglioramento in termini di frequenza di clock, essendo possibile raggiungere fino a 4266 MHz. Come nel salto tecnologico, questi DDR4 sono memorie con una latenza superiore rispetto alle precedenti e incompatibili con slot di espansione per tecnologie precedenti.

Le memorie DDR4 montano moduli a 288 pin.

Nomenclatura utilizzata

Dobbiamo prestare particolare attenzione alla nomenclatura utilizzata per denominare le attuali RAM di tipo DDR. In questo modo possiamo identificare quale memoria stiamo acquistando e con quale frequenza.

Avremo prima la capacità di memoria disponibile seguita da "DDR (x) - (frequenza) PC (x) - (velocità di trasferimento dati). Per esempio:

DDR2-1066 da 2 GB PC2-8500: abbiamo a che fare con un modulo RAM di tipo DDR2 da 2 GB che funziona a una frequenza di 1066 MHz e con una velocità di trasferimento di 8500 MB / s

Operazione memoria RAM

Per sapere come funziona una memoria RAM, la prima cosa che dovremo vedere è come comunica fisicamente con il processore. Se prendiamo in considerazione l'ordine gerarchico della memoria RAM, questo si trova esattamente al livello successivo nella cache del processore.

Esistono tre tipi di segnali che il controller RAM deve gestire, segnali di dati, segnali di indirizzamento e segnali di controllo. Questi segnali circolano principalmente su dati e indirizzano bus e altre linee di controllo. Diamo un'occhiata a ciascuno di essi.

Bus dati

Questa linea è responsabile del trasporto delle informazioni dal controller di memoria al processore e agli altri chip che lo richiedono.

Questi dati sono raggruppati in elementi a 32 o 64 bit. A seconda della larghezza di bit del processore, se il processore è 64, i dati verranno raggruppati in blocchi a 64 bit.

Indirizzo bus

Questa linea è responsabile del trasporto degli indirizzi di memoria che contengono i dati. Questo bus è indipendente dal bus dell'indirizzo di sistema. La larghezza del bus di questa linea sarà la larghezza della RAM e del processore, attualmente 64 bit. Il bus degli indirizzi è fisicamente collegato al processore e alla RAM.

Bus di controllo

Su questo bus viaggeranno segnali di controllo come segnali di potenza Vdd, segnali Read (RD) o Write (RW), segnale Clock (Clock) e segnale Reset (Reset).

Funzionamento a doppio canale

La tecnologia a doppio canale consente un aumento delle prestazioni dell'apparecchiatura grazie al fatto che sarà possibile l'accesso simultaneo a due diversi moduli di memoria. Quando la configurazione a doppio canale è attiva, sarà possibile accedere ai blocchi di un'estensione a 128 bit anziché al tipico 64. Ciò è particolarmente evidente quando utilizziamo le schede grafiche integrate nella scheda madre poiché, in questo caso, parte della RAM è condivisa per l'uso con questa scheda grafica.

Per implementare questa tecnologia, sarà necessario un controller di memoria aggiuntivo situato nel chipset del ponte nord della scheda madre. Perché un doppio canale sia efficace, i moduli di memoria devono essere dello stesso tipo, avere la stessa capacità e velocità. E deve essere installato negli slot indicati sulla scheda madre (di solito coppie 1-3 e 2-4). Anche se non ti preoccupare perché anche se si tratta di memorie diverse saranno anche in grado di lavorare su Dual Channel

Attualmente possiamo anche trovare questa tecnologia usando il canale triplo o addirittura quadruplo con le nuove memorie DDR4.

Ciclo di istruzioni della memoria RAM

Lo schema operativo è rappresentato con due memorie a doppio canale. Per questo avremo un bus dati a 128 bit, 64 bit per ciascun dato contenuto in ciascuno dei due moduli. Inoltre, avremo una CPU con due controller di memoria CM1 e CM2

Un bus dati a 64 bit verrà collegato a CM1 e un altro a CM2. Affinché la CPU a 64 bit funzioni con due blocchi di dati, li distribuirà su due cicli di clock.

Il bus degli indirizzi conterrà l'indirizzo di memoria dei dati necessari al processore in qualsiasi momento. Questo indirizzo proviene da entrambe le celle del modulo 1 e del modulo 2.

La CPU vuole leggere i dati dalla posizione di memoria 2

La CPU vuole leggere i dati dalla posizione di memoria 2. Questo indirizzo corrisponde a due celle situate in due moduli di memoria RAM a doppio canale.

Poiché ciò che vogliamo è leggere i dati dalla memoria, il bus di controllo attiverà il cavo di lettura (RD) in modo che la memoria sappia che la CPU vuole leggere quei dati.

Contemporaneamente il bus di memoria invierà tale indirizzo di memoria alla RAM, tutto sincronizzato dal clock (CLK)

La memoria ha già ricevuto la richiesta dal processore, ora qualche ciclo dopo preparerà i dati da entrambi i moduli per inviarli sul bus dati. Diciamo alcuni cicli più tardi perché la latenza della RAM rende il processo non immediato.

I 128 bit di dati dalla RAM verranno inviati sul bus dati, un blocco a 64 bit per una parte del bus e un blocco a 64 bit per l'altra parte.

Ciascuno di questi blocchi raggiungerà ora i controller di memoria CM1 e CM2 e in due cicli di clock la CPU li elaborerà.

Il ciclo di lettura sarà terminato. Per eseguire l'operazione di scrittura sarà esattamente lo stesso, ma attivando il cavo RW del bus di controllo

Come sapere se una RAM è buona

Per sapere se una RAM ha prestazioni buone o cattive dovremo esaminarne alcuni aspetti.

• Tecnologia di produzione: l'importante sarà sapere quale tecnologia implementa la memoria RAM. Inoltre, questo deve essere lo stesso che supporta la scheda madre. Ad esempio, se si tratta di DDR4 o DDR3, ecc. Dimensioni: un altro aspetto principale è la capacità di archiviazione. Più meglio è, specialmente se useremo le nostre apparecchiature per giochi o programmi molto pesanti, avremo bisogno di RAM di grande capacità, 8, 16, 32 GB ecc. Capacità della scheda per quale canale: un altro aspetto da considerare è se la scheda consente il doppio canale. In tal caso, e ad esempio vogliamo installare 16 GB di RAM, la cosa migliore da fare è acquistare due moduli da 8 GB ciascuno e installarli in doppio canale, prima di installare solo uno da 16 GB. Latenza: la latenza è il tempo impiegato dalla memoria per eseguire il processo di ricerca e scrittura dei dati. Più basso è il tempo, meglio è, anche se dovrà anche essere pesato con altri aspetti come la capacità e la frequenza di trasferimento. Le memorie DDR 4, ad esempio, hanno un'elevata latenza, ma sono contrastate dall'alta frequenza e dal trasferimento dei dati. Frequenza: è la velocità con cui lavora la memoria. Più meglio è.

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Questo termina il nostro articolo su cos'è una RAM e su come funziona, speriamo che ti sia piaciuta. Se hai domande o vuoi chiarire qualcosa, lascialo nei commenti.