Neben dem Hauptprozessor, der CPU ("Central Processing Unit"), und der Grafikkarte, der GPU ("Graphics Processing Unit"), ist der für den Betrieb eines jeden Computersystems nach wie vor unerlässliche Arbeitsspeicher, der RAM ("Random-Access Memory"), eine Hauptkomponente der Hardwarekonfiguration des PCs.
Der RAM besteht dabei aus gleich mehreren Komponenten, die zusammenarbeiten, um die entsprechenden Aufgaben zu erfüllen. In diesem Feature werden wir die Funktionen des Arbeitsspeichers ausführlich erläutern und entsprechend praxisorientiertes Computerwissen für Anwender vermitteln.
Was ist RAM?
Der Random-Access Memory ist als Speicher mit wahlfreiem beziehungsweise direktem Zugriff ("Direktzugriffsspeicher") konzipiert und wird in Computersystemen als Arbeitsspeicher verwendet.
Während der Hauptprozessor das Gehirn des Computersystems darstellt, ist der Arbeitsspeicher das Gedächtnis für laufende Aufgaben ("Tasks"), Prozesse, Befehle, Befehlszyklen und Befehlsketten.
RAM kommt meist in Form von mehreren Speicherbausteinen und Schaltkreisen ("Speicher-ICs") auf einem Speichermodul zum Einsatz und wird zumeist in Silizium-Technologie realisiert. Als Arbeitsspeicher wird RAM heute in allen Arten von Computersystemen eingesetzt.
PCs und Notebooks
Server und Workstation
Smartphones und Tablets
Smart-TVs und Gadgets
Spielkonsolen u.v.m
Je nach Geräteklasse ist der RAM als Arbeitsspeicher in unterschiedlichen Größen respektive Kapazitäten ausgelegt. Moderne PCs und Notebooks besitzen heutzutage in der Regel 4 bis 32 GiByte Arbeitsspeicher
Wie funktioniert RAM?
Der RAM ist ein Datenspeicher, der insbesondere bei Computersystemen wie PCs und Notebooks zum Einsatz kommt.
Der RAM speichert die Daten, die der Hauptprozessor gerade verwendet, verwendet hat oder als Nächstes verwenden wird, in kleinen Speicherzellen.
Auf den RAM und dessen Speicherzellen kann die CPU dabei um ein Vielfaches schneller zugreifen als auf andere Speichermedien wie Festplatten oder SSDs.
Die Kapazität und die Taktfrequenz des Arbeitsspeichers beeinflusst die Systemleistung eines PCs oder Notebooks somit ganz unmittelbar. Wenn dem System der RAM ausgeht, wird es entsprechend langsamer und muss die vorgehaltenen Daten auf langsamere Speichermedien auslagern. Später müssen diese wieder eingelesen werden.
Als wahlfreier Speicher mit Direktzugriff kann jede Speicherzelle des RAM über ihre Speicheradresse direkt angesprochen werden kann. Der Speicher muss also nicht sequenziell oder in Blöcken ausgelesen werden.
Bei großen Speicherbausteinen erfolgt die Adressierung jedoch nicht über die einzelnen Zellen, sondern über ein Wort, dessen Breite von der Speicherarchitektur abhängt.
Wie ist RAM aufgebaut?
Die Bausteine ("ICs") des DRAM ("Direct Access-Random Memory") sitzen in der Regel auf einem Speichermodul, dem sogenannten DIMM, welches neben dem Speicher auch weitere Controller beheimatet.
Angesteuert wird der so aufgebaute Arbeitsspeicher vereinfacht ausgedrückt über die drei folgenden Komponenten:
Steuerleitungen
Eine Steuerleitung gibt dem Chip vor, ob gelesen oder geschrieben werden soll.
Adressierungen
Eine entsprechende Anzahl RAM-Chips, die zu einer "Bank" zusammengefasst über ein gemeinsames Chip-Select-Signal angesprochen wird.
Datenleitungen
Ein RAM-Chip weist in der Regel mindestens eine bidirektionale Datenleitung. Die Kapazität eines Chips in Bits ergibt sich dabei durch die Datenbusbreite mal der Anzahl der möglichen Adresswerte.
In modernen Computersystemen kommt in der Regel dynamischer SDRAM in Form von DDR4- oder DDR5-SDRAM mit einer Geschwindigkeit von 2.133 bis 5.600 MT/s zum Einsatz.
Welche Formen von RAM gibt es?
Es existieren verschiedene technische Umsetzungen von RAM. Die heute gängigsten RAM-Formen werden hauptsächlich in Computern eingesetzt und sind flüchtig ("volatil"), das bedeutet, dass die gespeicherten Daten nach Abschaltung der Stromzufuhr verloren gehen oder anderweitig gespeichert werden müssen.
Es gibt allerdings auch RAM-Formen, die ihre Information auch ohne Stromzufuhr erhalten ("nicht volatil") können.
Die nachfolgenden Formen von RAM sind aktuell am verbreitetsten:
Random-Access Memory (RAM):
flüchtiges ("volatiles") RAM
Statisches RAM ("SRAM")
Dynamisches RAM ("DRAM")
- Synchronous Dynamic RAM ("SDRAM")
- Pseudostatisches RAM ("PSiRAM")
Nichtflüchtiges ("nicht volatiles") RAM
Ferroelektrisches RAM ("FeRAM")
Magnetisches RAM ("MRAM")
Phasenwechsel-RAM ("PRAM")
Resistives RAM ("ReRAM")
RAM für moderne Systeme
In modernen PCs, Notebooks und anderen Computersystemen wie Smartphones und Tablets kommt DDR4 und DDR5 sowie deren auf Effizienz optimierten Derivate LPDDR4, LPDDR4X, LPDDR5 und LPDDR5X zum Einsatz.
Abhängig vom jeweiligen integrierten Speichercontroller, dem sogenannten IMC ("Internal Memory Controller"), des Hauptprozessors, sind folgende Standards aktuell am stärksten verbreitet:
DDR4-2133
DDR4-2400
DDR4-2666
DDR4-3000
DDR4-3200
DDR4-3600
DDR5-4800
DDR5-5200
DDR5-5600
DDR5-6000
DDR5-6400
Das Suffix hinter der Bezeichnung des Standards gibt dabei die Übertragungsgeschwindigkeit in Megatransfers in Sekunden an. So erreicht etwa ein moderner Speicherriegel mit DDR5-4800 eine Geschwindigkeit von 4.800 MT/s.
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(PC-Welt)