Hur RAM Fungerar

Random Access Memory (RAM) är den mest kända formen av datorminne. Det är detta som gör att din dator kan surfa på internet och sedan snabbt växla till att ladda ett program eller redigera ett dokument. RAM anses vara ”random access” eftersom du kan komma åt vilken minnescell som helst direkt om du känner till raden och kolumnen som korsar den cellen.

Däremot lagrar seriellt åtkomstminne (SAM) data som en serie minnesceller som endast kan nås sekventiellt (som ett kassettband). Om data inte finns på den aktuella platsen kontrolleras varje minnescell tills de nödvändiga data hittas. SAM fungerar mycket bra för minnesbuffertar, där data normalt lagras i den ordning som den kommer att användas (till exempel texturbuffertminnet på ett grafikkort). RAM-data, å andra sidan, kan nås i valfri ordning.

RAM är i princip din dators korttidsminne. I likhet med en mikroprocessor är ett minneschip en integrerad krets (IC) gjord av miljontals transistorer och kondensatorer. I den vanligaste formen av datorminne, dynamiskt direktminne (DRAM), är en transistor och en kondensator parade för att skapa en minnescell, som representerar en enda bit data. Kondensatorn håller informationsbiten – en 0 eller en 1 (se Hur bitar och byte fungerar för information om bitar). Transistorn fungerar som en omkopplare som låter styrkretsen på minneschippet läsa av kondensatorn eller ändra dess tillstånd.

En kondensator är som en liten hink som kan lagra elektroner. För att lagra en 1 i minnescellen fylls hinken med elektroner. För att lagra en 0 töms den. Problemet med kondensatorns hink är att den har en läcka. På några millisekunder blir en full hink tom. Därför, för att dynamiskt minne ska fungera, måste antingen CPU:n eller minneskontrollern följa med och ladda alla kondensatorer som håller en 1 innan de laddas ur. För att göra detta läser minneskontrollern minnet och skriver sedan tillbaka det direkt. Denna uppdatering sker automatiskt tusentals gånger per sekund.

Kondensatorn i en dynamisk RAM-minnescell är som en läckande hink. Det behöver uppdateras med jämna mellanrum, annars laddas det ur till 0. Denna uppdateringsoperation är där dynamiskt RAM får sitt namn. Dynamiskt RAM måste uppdateras dynamiskt hela tiden, annars glömmer det bort vad det håller. Nackdelen med allt detta uppfriskande är att det tar tid och saktar ner minnet.

Minnesceller och DRAM

Minnet består av bitar arrangerade i ett tvådimensionellt rutnät.

I denna figur representerar röda celler 1:or och vita celler representerar 0:or. I animeringen väljs en kolumn och sedan debiteras rader för att skriva data till den specifika kolumnen.

Minnesceller etsas på en kiselwafer i en rad kolumner (bitlinjer) och rader (ordlinjer). Skärningen mellan en bitlinje och en ordlinje utgör adressen till minnescellen.

DRAM fungerar genom att skicka en laddning genom lämplig kolumn (CAS) för att aktivera transistorn vid varje bit i kolumnen. Vid skrivning innehåller radlinjerna det tillstånd som kondensatorn ska inta. Vid läsning bestämmer avkänningsförstärkaren laddningsnivån i kondensatorn. Om det är mer än 50 procent, läses det som en 1; annars läser den det som en 0. Räknaren spårar uppdateringssekvensen baserat på vilka rader som har nåtts i vilken ordning. Den tid som krävs för att göra allt detta är så kort att den uttrycks i nanosekunder (miljarddelar av en sekund). En minneskrets på 70ns betyder att det tar 70 nanosekunder att läsa och ladda om varje cell helt.

Enbart minnesceller skulle vara värdelösa utan något sätt att få information in och ut ur dem. Så, minnescellerna har en hel stödinfrastruktur av andra specialiserade kretsar. Dessa kretsar utför funktioner som:

• Identifiera varje rad och kolumn (val av radadress och välj kolumnadress)
• Hålla reda på uppdateringssekvensen (räknare)
• Läsa och återställa signalen från en cell (avkänningsförstärkare)
• Tala om för en cell om den ska ta en laddning eller inte (skrivaktivering)

Andra funktioner hos minneskontrollern inkluderar en rad uppgifter som inkluderar att identifiera typen, hastigheten och mängden minne och kontrollera om det finns fel.

Statiskt RAM-minne fungerar annorlunda än DRAM. Vi ska titta på hur i nästa avsnitt.

Relaterade inlägg :// Hur Datorminne Fungerar | Vad är en PC?

Statiskt RAM

Statiskt RAM använder en helt annan teknik. I statiskt RAM-minne håller en form av flip-flop varje minnesbit (se Hur Boolean Logic Works för detaljer om flip-flops). En flip-flop för en minnescell tar fyra eller sex transistorer tillsammans med lite ledningar, men behöver aldrig uppdateras. Detta gör statiskt RAM betydligt snabbare än dynamiskt RAM. Men eftersom den har fler delar tar en statisk minnescell mycket mer plats på ett chip än en dynamisk minnescell. Därför får du mindre minne per chip, och det ökar dess pris.

Statiskt RAM-minne är snabbt och dyrt, och dynamiskt RAM-minne är billigare och långsammare. Så statiskt RAM-minne används för att skapa CPU:ns hastighetskänsliga cache, medan dynamiskt RAM-minne bildar det större systemets RAM-utrymme.

Minneskretsar i stationära datorer använde ursprungligen en pinkonfiguration som kallas dual inline package (DIP). Denna stiftkonfiguration kan lödas in i hål på datorns moderkort eller kopplas in i ett uttag som löds på moderkortet. Den här metoden fungerade bra när datorer vanligtvis körde på ett par megabyte eller mindre RAM, men när behovet av minne växte ökade antalet chips som behövde utrymme på moderkortet.

Lösningen var att placera minneskretsarna, tillsammans med alla stödkomponenter, på ett separat kretskort (PCB) som sedan kunde kopplas in i en speciell kontakt (minnesbank) på moderkortet. De flesta av dessa chips använder en liten kontur J-lead (SOJ) stiftkonfiguration, men en hel del tillverkare använder också konfigurationen för tunna små konturpaket (TSOP). Den viktigaste skillnaden mellan dessa nyare stifttyper och den ursprungliga DIP-konfigurationen är att SOJ- och TSOP-chips är ytmonterade på PCB:n. Med andra ord är stiften lödda direkt på skivans yta, inte in i hål eller hylsor.

Minneskretsar är normalt bara tillgängliga som en del av ett kort som kallas en modul. När du handlar minne kan du på många av modulerna se de enskilda minneschipsen.

I nästa avsnitt ska vi titta på några andra vanliga typer av RAM.

Typer av RAM

Följande är några vanliga typer av RAM:

• SRAM: Statiskt direktminne använder flera transistorer, vanligtvis fyra till sex, för varje minnescell men har inte en kondensator i varje cell. Den används främst för cache.
• DRAM: Dynamiskt direktminne har minnesceller med en parad transistor och kondensator som kräver konstant uppdatering.
• FPM DRAM: Snabbt sidläge dynamiskt direktminne var den ursprungliga formen av DRAM. Den väntar genom hela processen med att lokalisera en bit data efter kolumn och rad och sedan läsa biten innan den börjar på nästa bit. Maximal överföringshastighet till L2-cache är cirka 176 Mbps.
• EDO DRAM: Utökat data-ut dynamiskt direktminne väntar inte på all bearbetning av den första biten innan den fortsätter till nästa. Så snart adressen till den första biten har hittats börjar EDO DRAM leta efter nästa bit. Det är cirka 5-20 procent snabbare än FPM DRAM. Maximal överföringshastighet till L2-cache är cirka 264 Mbps.
• SDRAM: Synkront dynamiskt direktminne drar fördel av burst mode-konceptet för att avsevärt förbättra prestandan. Den gör detta genom att stanna kvar på raden som innehåller den begärda biten och snabbt gå igenom kolumnerna och läsa varje bit allt eftersom. Tanken är att för det mesta kommer data som behövs av processorn att vara i sekvens. SDRAM är cirka 5 procent snabbare än EDO RAM och har en överföringshastighet på 0,8-1,3 megaöverföringar per sekund (MT/s). Den utvecklades 1988.
• DDR SDRAM: Detta är nästa generation av SDRAM. Synkront dynamiskt RAM med dubbel datahastighet är precis som SDRAM förutom att det har högre bandbredd, vilket betyder högre hastighet. Dess överföringshastighet är 2,1-3,2 MT/s. DDR släpptes 2000 och har avancerat tre efterföljande generationer. DDR2 (2003) har en överföringshastighet på 4,2-6,4 MT/s och DDR3 (2007) överför data vid 8,5-14,9 MT/s. Den senaste generationen i utbredd användning är DDR4, som lanserades 2014. Dess överföringshastighet är 17-21,3 MT/s. Dessa standarder är fastställda av Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC), en organisation som består av elektronikföretag. JEDEC släppte sin specifikation för DDR5 i juli 2020. RAM-tillverkaren Micron tror att den nya standarden kommer att öka prestandan med 87 procent jämfört med en DDR4-modul.
• RDRAM: Rambus dynamiska random access-minne är en radikal avvikelse från den tidigare DRAM-arkitekturen. Designad av Rambus, RDRAM använder en Rambus in-line minnesmodul (RIMM), som liknar en standard DIMM i storlek och stiftkonfiguration. Det som gör RDRAM så annorlunda är dess användning av en speciell höghastighetsdatabuss som kallas Rambus-kanalen. RDRAM-minneschips arbetar parallellt för att uppnå en datahastighet på 800 MHz, eller 1 600 Mbps eller högre. Eftersom de arbetar med så höga hastigheter genererar de mycket mer värme än andra typer av spån. För att hjälpa till att avleda överskottsvärmen är Rambus chips utrustade med en värmespridare, som ser ut som en lång tunn skiva. Precis som det finns mindre versioner av DIMM, finns det också SO-RIMM, designade för bärbara datorer.
• Kreditkortsminne: Kreditkortsminne är en egenutvecklad fristående DRAM-minnesmodul som ansluts till en speciell kortplats för användning i bärbara datorer.
• PCMCIA-minneskort: En annan fristående DRAM-modul för bärbara datorer, kort av denna typ är inte proprietära och bör fungera med alla bärbara datorer vars systembuss matchar minneskortets konfiguration. De används sällan nuförtiden.
• CMOS RAM: CMOS RAM är en term för den lilla mängd minne som används av din dator och vissa andra enheter för att komma ihåg saker som hårddiskinställningar. Detta minne använder ett litet batteri för att förse det med den kraft det behöver för att behålla minnesinnehållet.
• VRAM: VideoRAM, även känt som multiport dynamic random access memory (MPDRAM), är en typ av RAM som används specifikt för videoadaptrar eller 3D-acceleratorer. ”Multiport”-delen kommer från det faktum att VRAM normalt har två oberoende accessportar istället för en, vilket gör att processorn och grafikprocessorn kan komma åt RAM-minnet samtidigt. VRAM finns på grafikkortet och finns i en mängd olika format, varav många är proprietära. Mängden VRAM är en avgörande faktor för skärmens upplösning och färgdjup. VRAM används också för att hålla grafikspecifik information som 3D-geometridata och texturkartor. Äkta multiport-VRAM tenderar att vara dyrt, så många grafikkort använder SGRAM (synkront grafik-RAM) istället. Prestandan är nästan densamma, men SGRAM är billigare.

Minnesmoduler

• Utvecklingen av RAM-typer:
  • RAM i stationära datorer har utvecklats från proprietära kort till SIMM (single in-line minnesmoduler) och så småningom till DIMM (dubbla in-line minnesmoduler).
  • SIMM:er använde initialt en 30-stiftskontakt och uppgraderades senare till en 72-stiftskontakt, vilket ökade bandbredden och kapaciteten upp till 256MB.
• Övergång till DIMM-standard:
  • DIMMs blev standard när processorerna avancerade, vilket möjliggör större flexibilitet i RAM-konfigurationen utan att behöva installera moduler i par.
  • De varierar i kapacitet och är lätta att byta ut, vilket gör dem lämpliga för moderna stationära datorer.
• Specialiserat RAM-minne för bärbara datorer:
  • Många bärbara datorer använder SODIMM-kort (small outline dual in-line memory module) som är kompakta med 144 eller 200 stift och kapaciteter från 2 GB till 32 GB.
  • MicroDIMM är ännu mindre och används i sub-notebook-datorer, vilket bidrar till tunnare och lättare design.
• Fel vid incheckning av RAM:
  • De flesta RAM-minnen förlitar sig idag på minneskontrollern för feldetektering under uppstart.
  • Paritets-RAM lägger till en extra bit för feldetektering, men korrigerar inte fel; ECC (error-correction code) RAM, som används i avancerade servrar, kan upptäcka och korrigera enbitsfel.
• Aktuella trender inom RAM-teknik:
  • Aktuella trender inkluderar införandet av DDR4-moduler med låg effekt för energieffektiva och kompakta bärbara datorer, även om de vanligtvis är lödda och inte kan bytas ut av användaren.
  • Nonparity minneskretsar, vanliga i de flesta konsumentdatorer, erbjuder inte inbyggd felkontroll och förlitar sig på andra systemkomponenter för att upptäcka fel.

Hur mycket RAM behöver du?

RAM-minne är avgörande för datorns prestanda, särskilt för uppgifter som grafikintensivt arbete eller spel, där otillräckligt RAM-minne kan ha en mer betydande inverkan än en CPU-uppgradering. Här är några viktiga punkter som sammanfattar dess betydelse:

• Vikten av RAM:
  • RAM rankas bredvid processorn när det gäller att påverka datorns övergripande prestanda.
  • Att lägga till RAM kan ofta förbättra systemets respons mer effektivt än att uppgradera själva CPU:n.
• RAM-krav per operativsystem:
  • Windows 10 rekommenderar minst 1 GB för 32-bitars och 2 GB för 64-bitarsversioner.
  • Windows 11 och MacOS 11 (Big Sur) kräver minst 4 GB RAM.
• RAM i Linux-system:
  • Linux, känt för effektivitet på system med låga resurser, stöder distributioner som Xubuntu med så lite som 512 MB RAM.
    – Lätta skrivbordsmiljöer som Xfce bidrar till denna effektivitet.
• Bestämma RAM-behov:
  • Minimikrav på RAM är lämpliga för grundläggande uppgifter som att surfa på internet och kontorsapplikationer.
  • Tunga uppgifter som CAD, 3D-modellering, spel eller serverapplikationer kräver mer RAM.
• Tänker på VRAM för grafikkort:
  – De flesta moderna grafikkort kommer med minst 12-16 GB VRAM, lämpligt för typiska kontorsuppgifter.
  • För uppgifter som spel, videoredigering, 3D-grafik eller högupplöst arbete, överväg ett avancerad grafikkort.
  • Säkerställ kompatibilitet mellan din bildskärm, dator och det valda grafikkortet när du köper.

Hur Man Installerar RAM

För det mesta är att installera RAM en mycket enkel och okomplicerad procedur. Nyckeln är att göra din forskning. Här är vad du behöver veta:

• Hur mycket RAM du har
• Hur mycket RAM du vill lägga till
• Formfaktor
• RAM-typ
• Verktyg som behövs
• Garanti
• Vart det går

RAM säljs vanligtvis i densiteter med multipler på 2 gigabyte: 2, 4, 8, 16, 32. Modulen har med andra ord samma standardstorlek, men det kan finnas olika mängder minne på samma kort. Till exempel, om din dator har 8 GB och du vill ha 16 GB totalt RAM-minne, skulle du vilja köpa en modul med en 8 GB-densitet.

När du vet hur mycket RAM-minne du vill ha, kontrollera vilken formfaktor (korttyp) du behöver köpa. Du hittar detta i manualen som följde med din dator eller så kan du kontakta tillverkaren. Det är viktigt att inse att dina alternativ beror på din dators design. De flesta datorer som säljs för normal användning i hemmet/kontoret har DIMM-platser. Avancerade system går över till RIMM-teknik, som så småningom kommer att ta över även i vanliga stationära datorer. Eftersom DIMM- och RIMM-kortplatser ser väldigt lika ut, var noga med att se till att du vet vilken typ din dator använder. Att placera fel typ av kort i en kortplats kan orsaka skada på ditt system och förstöra kortet.

Du måste också veta vilken typ av RAM som krävs. Vissa datorer kräver mycket specifika typer av RAM-minne för att fungera. Till exempel kanske din dator bara fungerar med 60ns-70ns paritet EDO RAM. De flesta datorer är inte riktigt så restriktiva, men de har begränsningar. För optimal prestanda måste RAM-minnet du lägger till din dator också matcha det befintliga RAM-minnet i hastighet, paritet och typ.

Dessutom stöder vissa datorer dual-channel RAM-konfiguration antingen som tillval eller som ett krav. Dubbelkanals RAM-moduler installeras i matchade par, så om det finns ett 512 MB RAM-kort installerat finns det ett annat 512 MB-kort installerat bredvid. När dubbla kanaler är en valfri konfiguration, påskyndar prestandan för vissa applikationer att installera RAM i matchade par.

Din dator är bara konfigurerad för att ta emot så mycket minne. Det finns ett begränsat antal minnesplatser, och beroende på din maskin kan du vara begränsad till en 8GB densitetsmodul även om tillverkaren tillverkar en 16 eller 32GB modul. Eller, i vissa fall, kan din dator tillåta dig att uppgradera RAM-minnet som installerades på fabriken. Om du hade en maskin som kom med 4 GB utbytbart RAM-minne, men den maskinen kunde acceptera 16 GB, kunde du köpa två 8 GB-moduler och byta ut 4 GB-modulen.

Vissa tillverkare – både dator och minne – erbjuder en guide på sina webbplatser där du kan ange din datormodell för att hjälpa dig hitta vilken typ av minne du behöver installera. Kontrollera systeminställningarna på din maskin för att ta reda på hur mycket minne som är installerat. När du vet hur många platser det finns och hur mycket minne den kan ta emot kan du bestämma hur mycket minne du ska köpa. Vissa tillverkare löder basminnet på plats, men annars kan du kanske avinstallera ett mindre RAM-kort och ersätta det med ett större.

Att känna till din dators konfiguration i förväg hjälper dig att undvika frustration när du köper minne. Att ta reda på att du inte kan använda det du köpt efter att du har öppnat din dator kan vara väldigt, väldigt irriterande.

Innan du öppnar din dator, kontrollera slutanvändarlicensavtalet för att säkerställa att du inte ogiltigförklarar garantin under processen. Vissa tillverkare förseglar höljet och begär att kunden låter en auktoriserad tekniker installera RAM. Om du är redo att öppna fodralet, stäng av och koppla ur datorn. Jorda dig själv genom att använda en antistatisk pad eller handledsrem för att ladda ur eventuell statisk elektricitet. Beroende på din dator kan du behöva en skruvmejsel eller mutterdragare för att öppna höljet. Vissa stationära system kommer i verktygslösa fodral som använder tumskruvar eller en enkel spärr. Bärbara datorer är ofta mer utmanande.

Själva installationen av minnesmodulen kräver normalt inga verktyg. RAM är installerat i en serie kortplatser på moderkortet som kallas minnesbanken. Minnesmodulen är skårad i ena änden så att du inte kommer att kunna sätta in den åt fel håll.

För SIMM-enheter och vissa DIMM-enheter installerar du modulen genom att placera den i kortplatsen i ungefär en 45-graders vinkel och sedan skjuta den framåt tills den är vinkelrät mot moderkortet och de små metallklämmorna i varje ände snäpper på plats. Om klämmorna inte fastnar ordentligt, kontrollera att skåran är i höger ände och att kortet sitter ordentligt. Många DIMM-moduler har inga metallklämmor; de förlitar sig på friktion för att hålla dem på plats. Återigen, bara se till att modulen sitter stadigt i öppningen. Läs ditt moderkorts manual för anvisningar.

När modulen är installerad, stäng höljet, anslut datorn igen och slå på den. När datorn startar POST (”Power On Self Test”) bör den automatiskt känna igen minnet, men det kan ta ett par omstarter innan det händer. Det är allt som finns!

FAQs