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RAM (Random Access Memory)

Einführung

Random Access Memory bedeutet übersetzt "Speicher mit wahlfreiem Zugriff". Der Name rührt daher, dass auf jede Speicherstelle des Arbeitsspeichers gleich schnell zugegriffen werden kann. Dies ist z.B. bei der Festplatte oder der CD-ROM nicht möglich, da der Schreib/Lesekopf erst an die entsprechende Position gebracht werden muss.
Der RAM kann als "Kurzzeitgedächtnis" des Computers bezeichnet werden. Er bestimmt, wieviele Programme gleichzeitig laufen können. Die Daten die zum Ausführen eines Programmes notwendig sind, bzw. bearbeitet werden sollen werden temporär im RAM gespeichert. Möchte mann z.B. ein Bild mit einem Bildverarbeitungsprogramm bearbeiten, so ist ein großer RAM von Vorteil, damit die Daten nicht ständig von einem anderen Speichermedium mit wesentlich längerer Zugriffszeit gelesen werden müssen. Der RAM wird daher auch als Arbeits- oder Hauptspeicher bezeichnet.
Da die Datenspeicherung im RAM durch Spannungen erfolgt, werden die Daten nur so lange gespeichert, wie der RAM mit Strom versorgt wird und erlischen nach dem Ausschalten des Rechners. Dies ist der zweite wesentliche Unterschied zu anderen Speichermedien.
Prinzipiell gibt es zwei Basis-RAM-Typen: den SRAM (static RAM) und den DRAM (dynamic RAM). Die folgende Tabelle fasst die wesentlichen Merkmale dieser beiden RAM-Typen zusammen.

SRAM DRAM
Speichern durch Transistoren
Zugriffszeit: 6-12ns
6 Transistoren pro Bit
kein Refreshzyklus notwendig
schneller als DRAM
1-Bit Speicherung
Speichern durch Kondensatoren
Zugriffszeit: 50-70ns
1 Transistor + 1 Kondensator pro Bit
größere Packungsdichte
preiswerter als SRAM
1-Wort Speicherung

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Aufbau eines RAM Bausteins

Anordnung der Zellen als Matrix

Die Speicherzellen eines RAM Bausteins sind matrixförmig angeordnet. Die Adressierung erfolgt über die Zeilen- und Spaltenadresse. Zur Adressierung eines Bausteins mit 4 Zellen werden 2-Bit Adressierungsdaten benötigt, für 8 Zellen 3-Bit Adressierungsdaten usw. Die folgende Graphik soll die Adressierung einer Speicherzelle visualisieren:

Matrixanordnung eines 4-Bit RAM Bausteins
Bild1: Matrixanordnung eines 4-Bit RAM Bausteins
Zur Adressierung einer Speicherstelle den entsprechenden Button drücken:

Außerdem werden folgende Signale benötigt:

  1. Das R/W (read/write)-Signal legt fest, ob das Speicherelement gelesen oder beschrieben werden soll

  2. Das CS (chip select)-Signal wählt den gesamten Baustein aus.
  3. Das Din-Signal schreibt die Information in die Speicherzelle.

Nur wenn die Speicherzelle mittels Spalten- und Zeilenadresse adressiert ist und das CS-Signal gesetzt ist, ist die Speicherstelle vollständig selektiert. Ist das R/W-Signal nicht gesetzt, so wird die Information Din an die Speicherstelle geschrieben, ist es gesetzt, so wird die gespeicherte Information gelesen und das Din ignoriert.

Aufbau einer Speicherzelle

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten Speicherzellen in RAM Bausteinen: im S-RAM wird ein Bit mittels eines Flip-Flops und im D-RAM mittels eines Kondensators gespeichert:

DRAM: Funktionsprinzip
Bild 2: Speicherprinzip eines DRAM

DRAM
Ist der Kondensator geladen (30-50 Femtofarad), so ist eine '1' gespeichert, sonst eine '0'.

SRAM: Funktionsprinzip
Bild 3: Funktionsprinzip eins SRAM

SRAM
D=Datensignal, T=Taktsignal
ist das Taktsignal=0, so wird der vorherige Zustand gespeichert.

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RAM Arten und das Motherboard

RAM Arten

Es gibt zahlreiche unterschiedliche Arten RAM, von denen ich die gängigsten zusammengestellt habe. Beginnend mit den Basisvarianten SRAM und DRAM bis hin zu dem zur Zeit (2002) in den meisten neuen PC's eingebautem DDR-RAM.

SRAM (Static RAM) Speichern durch Flip-Flops, schnell, da kein Refresh Zyklus not-wendig.
DRAM (Dynamic RAM) Speichern durch Kondensatoren, Refresh Zyklus notwendig.
FPM-RAM (Fast Page Mode RAM) schneller durch effizientere Adressierung.
EDO-RAM

(Extended Data Output DRAM) wie FPM-RAM, nur dass Adressieren und Lesen gleichzeitig erfolgt.

SD-RAM

(Synchronous DRAM) arbeitet synchron zum Prozessortakt und hat zwei Speicher-bänke von denen abwechselnd gelesen wird, sodass die Erholungszeit ausgeglichen wird. Außerdem können Daten durch das Pipeline Verfahren gleichzeitig gelesen und geschrieben werden.

DDR-RAM

(Double Data Rate RAM) doppelte Übertragung, wie SDRAM, da auf- und absteigende Taktflanken genutzt werden.

RD-RAM

(RAMBUS-DRAM) "neuere" Technik, die höhere Taktfrequenzen erlauben soll. Wird z.B. in der Nintendo64 Konsole verwendet.

Installation auf dem Motherboard

RAM Bausteine werden auf Platinen gelötet, die dann auf das Mainboard aufgesteckt werden. Hier gibt es verschiedene Arten:
SIMM: single in-line memory module, als:
  • 30 PIN SIMM
  • 72 PIN SIMM (Bild 4)
72-PIN SIMM
DIMM: double in-line memory module:
  • 168 PIN DIMM (Bild 5)
168-PIN DIMM
  • 184 Pin DIMM (Bild 6)
184-PIN DIMM
RIMM: rambus in-line memory modules, als:
  • 184 PIN RIMM (Bild 7)
RIMM

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Wieviel RAM wird benötigt?

Die folgenden vier Tabellen geben eine kurze Übersicht, wieviel RAM wofür benötigt wird:

Betriebssysteme

Windows 95 8 MB RAM
Windows NT 16 MB RAM
Linux 8 MB RAM
Mac OS2 4 MB RAM

Anwendungen

MS Word 24 MB RAM (Windows 98)
32 MB RAM (Windows NT, 2000)
64 MB RAM (Windows 200 Professionell)
Mathematica 64 MB RAM
Adobe Photo Shop 128 MB RAM
Netscape 64 MB RAM
Internet Explorer 16 MB RAM

Spiele

Sim City 3000 32 MB RAM
Half Life 24 MB RAM
Anno 1503 64 MB RAM

Zum Vergleich

NES 2kB RAM + 2kB Video RAM
N64 4,5 MB R-DRAM
Playstation 2 32 MB RAM
TI 89 188kB RAM

640 KB (Arbeitsspeicher) ist alles, was irgendeine Applikation jemals benötigen sollte. (Bill Gates, 1981)

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Referenzen

Informationen im Internet

http:\\www.computerlexikon.com
http:\\www.karbosguide.com
http:\\www.e-online.de
http:\\www.fundus.org

Literatur