Μνήμη τυχαίας προσπέλασης

Η μνήμη τυχαίας προσπέλασης (RAM, Random access memory) είναι όρος που χρησιμοποιούμε για ηλεκτρονικές διατάξεις προσωρινής αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων (μνήμης υπολογιστή), οι οποίες επιτρέπουν πρόσβαση στα αποθηκευμένα δεδομένα στον ίδιο χρόνο οπουδήποτε και αν βρίσκονται αυτά, δηλαδή με «τυχαία πρόσβαση». Σε αντιδιαστολή βρίσκονται συσκευές αποθήκευσης δεδομένων, όπως οι μαγνητικές ταινίες, οι μαγνητικοί δίσκοι («σκληροί» ή «εύκαμπτοι»), στα οποία η πρόσβαση στα δεδομένα μπορεί να γίνει μόνο με κάποιον προκαθορισμένο τρόπο, συνήθως σειριακά, λόγω του τρόπου κατασκευής τους. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι RAM : η δυναμική RAM (DRAM) και η στατική RAM (SRAM). Η DRAM είναι η πιο κοινή μορφή αλλά πρέπει να «ανανεώνεται» (refresh) χιλιάδες φορές ανά δευτερόλεπτο, ενώ η SRAM δεν χρειάζεται κάτι τέτοιο. Η SRAM, ως διάταξη, είναι πιο δαπανηρή στην κατασκευή της - και επομένως στην αγορά της - σε σχέση με την DRAM.
Στην πληροφορική με τον όρο RAM αναφερόμαστε στην κύρια ή κεντρική μνήμη ενός υπολογιστικού συστήματος αρχιτεκτονικής φον Νόιμαν, δηλαδή τη μνήμη στην οποία αποθηκεύονται προγράμματα και δεδομένα, προκειμένου είτε να εκτελεστούν είτε να υποστούν επεξεργασία αντίστοιχα. Τμήμα, επίσης, της κεντρικής μνήμης είναι και η μνήμη μόνο ανάγνωσης (ROM), η οποία επίσης επιτρέπει την τυχαία προσπέλαση. Η βασική διαφορά των δύο τύπων μνήμης είναι ότι η μεν RAM διατηρεί τα περιεχόμενά της μόνο όσο της επιτρέπει ο χρήστης ή το λογισμικό που εκτελείται και μόνο εφόσον το υπολογιστικό σύστημα τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια. Σε αντίθετη περίπτωση, τα περιεχόμενά της είτε αντικαθίστανται από άλλα είτε χάνονται ολοσχερώς. Αν οι όροι που έχουν επικρατήσει ήταν απόλυτα ακριβείς, η μνήμη RAM έπρεπε να αναφέρεται ως «μνήμη τυχαίας προσπέλασης εγγραφής / ανάγνωσης», ενώ η μνήμη ROM ως «μνήμη τυχαίας προσπέλασης μόνο ανάγνωσης».
Η μνήμη ROM έχει προεγγεγραμμένο περιεχόμενο, πάντα από τον κατασκευαστή του συστήματος, και χρησιμεύει, συνήθως, για την εκκίνηση λειτουργίας του συστήματος (BIOS), μόλις αυτό αρχίσει να τροφοδοτείται με ρεύμα, οπότε και η μνήμη RAM είναι κενή περιεχομένου. Η νέα βέβαια τεχνολογία του BIOS δεν είναι πλέον ROM, αλλά flash, και γι' αυτόν ακριβώς το λόγο, η αναβάθμιση του BIOS, λέγεται και "φλασάρισμα".

Χωρητικότητα

Η μνήμη RAM χρησιμεύει στην αποθήκευση δυαδικών ψηφίων οργανωμένων σε ομάδες (συνήθως οκτάδες) οι οποίες λέγονται κελιά· συνήθως σε κάθε κελί αποθηκεύεται ένα byte. Επομένως, όπως είναι φυσικό, η χωρητικότητα της μνήμης RAM μετράται σε Kbytes, Mbytes και GBytes, όπως άλλωστε συμβαίνει για όλες τις μονάδες μνήμης. Η χωρητικότητα της RAM είναι αποφασιστικός παράγοντας για την ταχύτητα εκτέλεσης υπολογισμών από ένα υπολογιστικό σύστημα. Η χωρητικότητα της μνήμης, επίσης, καθορίζει και το λογισμικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από ένα υπολογιστικό σύστημα. Τα υπολογιστικά συστήματα ξεκίνησαν με πολύ μικρές χωρητικότητες RAM (από 12 bytes έως 3 Kbytes). Από γενιά σε γενιά και καθώς η τεχνολογία και η ηλεκτρονική έκαναν γιγαντιαία άλματα, η μνήμη RAM αυξανόταν διαρκώς σε μέγεθος. Σήμερα (2012) η μνήμη RAM σε μεγάλα υπολογιστικά συστήματα ή υπερυπολογιστές διαθέτει χωρητικότητες αρκετών TeraBytes, ενώ στα μικρότερα συστήματα ανέρχεται σε κάποια Gbytes (από 1 έως 48 Gbytes, ανάλογα με το σύστημα).
Καθοριστικό, επίσης, είναι το μέγεθος της χωρητικότητας της μνήμης RAM για τη σταθερότητα και την ομαλή λειτουργία ενός υπολογιστικού συστήματος.

Χρόνος προσπέλασης

Ανάμεσα στη στιγμή εκκίνησης μιας αίτησης για ένα byte ή λέξη από τη μνήμη, μέχρι αυτό να προσκομιστεί πραγματικά στον επεξεργαστή και να αποθηκευθεί σε κάποιον καταχωρητή του, μεσολαβεί κάποιο χρονικό διάστημα το οποίο ονομάζεται υστέρηση ή χρόνος προσπέλασης. Ο χρόνος αυτός μπορεί να ιδωθεί ως το διάστημα από τη στιγμή που ζητείται μια διεύθυνση στη μνήμη μέχρι τη στιγμή που τα αντίστοιχα δεδομένα θα είναι διαθέσιμα για χρήση. Αποτελεί θεμελιώδες μέτρο ταχύτητας της μνήμης: όσο μικρότερη η υστέρηση τόσο μεγαλύτερη η ταχύτητα της μνήμης.
Η υστέρηση δεν θα πρέπει να συγχέεται με το εύρος μνήμης, το μέγεθος του διαύλου (bus) της RAM σε μπιτ, με το οποίο μετράται η διαμεταγωγή της μνήμης. Είναι πιθανό μια προηγμένη τεχνολογία μνήμης να έχει αυξημένο εύρος μνήμης αλλά, παράλληλα, και αυξημένο χρόνο προσπέλασης. Για παράδειγμα η μνήμη DDR, η εμφάνιση της οποίας στην αγορά προηγείται χρονικά της μνήμης DDR2, έχει μικρότερη υστέρηση αν και πρόκειται για παλαιότερη τεχνολογία.

Κόστος

Το κόστος των αρθρωμάτων μνήμης τυχαίας προσπέλασης είναι αρκετά ευμετάβλητο και εξαρτάται από την τρέχουσα αγορά μητρικών πλακετών. Μνήμες οι οποίες πριν μερικούς μήνες είχαν τιμές πολύ μικρές σήμερα μπορεί να στοιχίζουν πανάκριβα λόγω σταματήματος της παραγωγής τους και μνήμες οι οποίες στοίχιζαν ακριβά μπορεί σήμερα να στοιχίζουν πολύ φθηνά επειδή μπορεί να χρησιμοποιούνται ευρέως.
Μεγάλη επιρροή στη διαφοροποίηση της τιμής έχει και το μέγεθος ενός μεμονωμένου αρθρώματος. Πολλές φορές αρθρώματα διπλάσιας μνήμης στοιχίζουν λιγότερο από 2 ίδια με τη μισή μνήμη και σε άλλες περιπτώσεις στοιχίζουν περισσότερο.

Τύποι μνήμης RAM

Ο συνηθέστερος τύπος RAM είναι η δυναμική μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Dynamic Random Access Memory, DRAM), η οποία αποθηκεύει μπιτ σε έναν ξεχωριστό πυκνωτή. Όμως, επειδή το φορτίο των πυκνωτών εξασθενεί με το πέρασμα του χρόνου, η πληροφορία που είναι αποθηκευμένη εξασθενεί κι αυτή λόγω σταδιακής εκφόρτισης, γι' αυτό και πρέπει περιοδικά να επαναφορτίζεται ο πυκνωτής, εξ ου και ο όρος «δυναμική».

ECC

Πολλά αρθρώματα μνήμης κυκλοφορούν και (ή μόνο) σε έκδοση ECC (Error Correction Code, κώδικας διόρθωσης σφαλμάτων). Τα αρθρώματα αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως σε εξυπηρετητές καθώς είναι συνήθως ακριβότερα αλλά έχουν δυνατότητα διόρθωσης των σφαλμάτων που μπορεί να παρουσιαστούν λόγω του τρόπου λειτουργίας της μνήμης.

SDRAM

Synchronous Dynamic Random Access Memory. Είναι συγχρονισμένη με τον δίαυλο του επεξεργαστή. Η συχνότητα λειτουργίας είναι καθοριστικός παράγοντας για την ταχύτητά της. Ο χρόνος προσπέλασης («υστέρηση CAS») πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερος για την ταχύτερη λειτουργία του υπολογιστή. Δέχεται μία εντολή ανά κύκλο ρολογιού γράφοντας 64 bit δεδομένων. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της σε MHz είναι SDRAM PC-66, SDRAM PC-100 έως SDRAM PC-133.

DDR SDRAM

Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory. Αποτελεί επέκταση της SDRAM με μεγαλύτερες ταχύτητες λειτουργίας και ταχύτερη εγγραφή / ανάγνωση δεδομένων. Σε έναν κύκλο ρολογιού εκτελείται μία εντολή που διαβάζει και γράφει τα διπλάσια δεδομένα (128 bits), καθώς μεταφέρονται δεδομένα και κατά την ακμή ανόδου και την ακμή καθόδου του σήματος του ρολογιού του συστήματος. Έτσι, σχεδόν διπλασιάζεται ο ρυθμός μεταφοράς χωρίς να χρειάζεται αύξηση της συχνότητας του διαύλου. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της είναι είναι DDR-200, DDR-233, DDR-333 έως DDR-400.

DDR2 SDRAM

Δεν έχει ιδιαίτερες διαφορές από την DDR SDRAM εκτός από την αύξηση της συχνότητας. Σε κάθε κύκλο λειτουργίας εγγράφονται 256 bit δεδομένων. Έχει τάση λειτουργίας 1,8V. Οι ενδεικτικές ταχύτητές της έως επί του παρόντος είναι DDR2-400, DDR2-533, DDR2-667, DDR2-800 και DDR2-1066.

DDR3 SDRAM

Λειτουργεί σε ταχύτητες από 800MHz έως 2800MHz και σε κάθε κύκλο λειτουργίας εγγράφονται 512 bit δεδομένων. Έχει τάση λειτουργίας 1,5V και ενδείκνυται ιδιαίτερα στους φορητούς υπολογιστές αφού καταναλώνει αρκετά λιγότερη ενέργεια. Η συγκεκριμένη μνήμη αξιοποιείται περισσότερο στις κάρτες γραφικών όπου οι απαιτήσεις είναι αυξημένες.