Was ist ein RAM?
RAM (Englisch: Random Access Memory) ist eine Art von Halbleiterspeicher, der lesen und schreiben kann.
ROM (Englisch: Read Only Memory), das oft mit RAM verwechselt wird, bezeichnet dagegen einen Speicher, der nur ausgelesen werden kann. Es gibt zwei Haupttypen von RAM: SRAM (statischer RAM) und DRAM (dynamischer RAM).
SRAM speichert Daten auf der Grundlage des logischen Werts einer Flip-Flop-Schaltung, während DRAM Daten auf der Grundlage des Vorhandenseins oder Fehlens von Ladung in einem Kondensator speichert. Bei beiden handelt es sich jedoch um flüchtige Speicher, deren gespeicherte Inhalte beim Ausschalten der Stromversorgung verschwinden.
In letzter Zeit ist die Nachfrage nach nichtflüchtigem RAM mit der Entwicklung von Mobilgeräten und dem Internet gestiegen. Aus diesem Grund wird erwartet, dass nichtflüchtige RAMs wie ferroelektrische RAMs (FeRAM), magnetoresistive RAMs (MRAM), Phasenwechsel-Speicher (UK: Phase Change Memory) und resistive RAMs (Resistive RAM) die nächste Generation von RAMs werden. Nichtflüchtige RAMs wie MRAM, Phasenänderungsspeicher (UK: Phase Change Memory) und resistiver RAM (Resistive RAM) werden voraussichtlich die nächste Generation von RAMs werden.
Anwendungen von RAM
RAM wird in einer Vielzahl digitaler Geräte wie PCs, Smartphones, Digitalkameras und Spielkonsolen verwendet und ist eine wesentliche Komponente, damit die CPU (Zentraleinheit) bei der Verarbeitung von Programmen und Daten schnell und effizient darauf zugreifen kann.
1. Hauptspeicher und Cache-Speicher in Personalcomputern
RAM wird für eine Vielzahl von Zwecken verwendet. Die häufigste Verwendung ist die Ausführung des Betriebssystems (OS) und von Anwendungsprogrammen. Er lädt Programme und Daten und ermöglicht es der CPU, schnell auf die benötigten Informationen zuzugreifen.
Je größer der RAM ist, desto besser ist er in der Lage, mehrere Programme gleichzeitig auszuführen und große Datenmengen zu verarbeiten.
RAM wird auch als Cache-Speicher in Servern verwendet, um einen schnellen und effizienten Datenzugriff zu gewährleisten.
2. Grafikkarten
RAM wird auch für die Grafik- und Videoverarbeitung verwendet. Grafikkarten sind mit RAM ausgestattet, um eine schnelle Bildverarbeitung und Videowiedergabe zu ermöglichen.
3. Spielgeräte
RAM ist auch ein wesentlicher Bestandteil von Spielen. Spiele werden durch die schnelle Rechenleistung und die schnelle Verarbeitung von Grafikkarten wiedergegeben; je größer der RAM ist, desto präziser und komplexer kann die Grafikverarbeitung sein.
In letzter Zeit ist die Nachfrage nach RAM rapide gestiegen, insbesondere in den Bereichen Gaming und virtuelle Realität (VR). Für diese Anwendungen ist ein schneller, leistungsfähiger RAM erforderlich. Es ist zu erwarten, dass in Zukunft noch leistungsfähigere RAMs entwickelt werden, die die Geschwindigkeit der Computerverarbeitung und die Grafikdarstellung erhöhen.
Grundlagen des RAM
1. SRAM
SRAM besteht im Allgemeinen aus einer Flip-Flop-Schaltung, die mit sechs Transistoren als Basisspeicherzelle kalibriert ist, und in jeder Flip-Flop-Schaltung wird ein Bit an Daten gespeichert. Beim Schreiben von Daten wird die Flip-Flop-Schaltung aktiviert, indem das Potenzial der Wortleitung auf High gesetzt wird, und die Daten (H oder L) von der Bitleitung werden an die Schaltung gegeben.
Wenn die Wortleitung auf Low gesetzt wird, werden die geschriebenen Daten gespeichert und können so lange beibehalten werden, wie die Versorgungsspannung anliegt. Beim Lesen von Daten wird, nachdem die Bitleitungen und invertierten Bitleitungen vorgeladen sind, die Wortleitung auf High gesetzt, um die Flip-Flop-Schaltung zu aktivieren. Das den gespeicherten Daten entsprechende Potenzial wird an die Bitleitungen und invertierten Bitleitungen übertragen. Ein am Ende der Bitleitung und der invertierten Bitleitung installierter Leseverstärker überwacht die Potenzialdifferenz und gibt die ermittelten Daten aus.
2. DRAM
Ein DRAM besteht im Allgemeinen aus einem Transistor und einem Kondensator als Basisspeicherzelle, wobei in jedem Kondensator ein Datenbit gespeichert ist. Wenn Daten geschrieben werden, wird der Kondensator aufgeladen, wenn das Potenzial der Wortleitung hoch ist und der Transistor eingeschaltet ist und die Bitleitung hoch ist.
Die DRAM-Daten werden als 1 bestimmt, wenn der Kondensator geladen ist, und als 0, wenn keine Ladung vorhanden ist. Nach einem Schreibvorgang wird der Transistor ausgeschaltet, wenn die Wortleitung Low ist, und die Ladung im Kondensator bleibt erhalten. Beim Lesen von Daten wird die Wortleitung auf High gesetzt und der Transistor eingeschaltet, das Potenzial der Bitleitung ändert sich entsprechend der vorhandenen oder fehlenden Ladung im Kondensator. Der am Ende der Bitleitung installierte Leseverstärker erfasst den winzigen Potenzialunterschied und liest die Daten aus.
DRAMs zeichnen sich dadurch aus, dass die im Kondensator gespeicherte Ladung mit der Zeit entweicht und abnimmt. Daher ist in regelmäßigen Abständen ein Auffrischungsvorgang erforderlich, um Daten zu lesen und neu zu schreiben.
Auswahl eines geeigneten RAM
SRAM (Static RAM) und DRAM (Dynamic RAM) sind Halbleiterspeichertechnologien für die vorübergehende Speicherung von Daten. Da diese Technologien unterschiedliche Eigenschaften haben, ist es wichtig, die richtige Wahl je nach Anwendung und Anforderungen zu treffen. Wählen Sie SRAM oder DRAM nach folgenden Gesichtspunkten.
1. Geschwindigkeit
SRAM ist schneller als DRAM und wird in Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf Geschwindigkeit ankommt, z. B. in CPU-Caches. DRAM hingegen ist relativ langsam, eignet sich aber für allgemeine Hauptspeicheranwendungen
2. Stromverbrauch
SRAM hat einen geringeren Stromverbrauch als DRAM. SRAM eignet sich für Anwendungen, bei denen ein niedriger Stromverbrauch wichtig ist (z. B. eingebettete Systeme und IoT-Geräte).
3. Kapazität
DRAM hat eine höhere Kapazität und ist kostengünstiger als SRAM. Wählen Sie DRAM, wenn Sie große Datenmengen verarbeiten müssen (z. B. PCs und Server).
4. Datenspeicherung
SRAM kann Daten so lange speichern, wie der Strom eingeschaltet ist, während DRAM in regelmäßigen Abständen aufgefrischt werden muss. Wenn die Stabilität der Datenhaltung wichtig ist, ist SRAM geeignet.
5. Zuverlässigkeit
SRAM ist zuverlässiger als DRAM und widerstandsfähiger gegenüber Umweltbedingungen und Schwankungen im Herstellungsprozess. SRAM eignet sich für Anwendungen, bei denen die Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung ist (z. B. Militär-, Raumfahrt- und Industrieanwendungen).
6. Preis
DRAM ist weiter verbreitet als SRAM und kostet aufgrund höherer Produktionsmengen weniger. Entscheiden Sie sich für DRAM, wenn das Budget begrenzt ist oder wenn große Mengen an Speicher benötigt werden.
SRAM wird häufig für Anwendungen gewählt, bei denen hohe Geschwindigkeit, geringer Stromverbrauch, Stabilität und Zuverlässigkeit der Datenhaltung wichtig sind. DRAMs hingegen sind geeignet, wenn ein Speicher mit hoher Kapazität und niedrigen Kosten benötigt wird.