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RAM Grundlagen ( SR, DDR, RDRAM  und Co.)

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Überblick der Themen

Worum geht es?

Wir schreiben das Jahr 2004, DDR2 RAM steht kurz vor der Einführung, SDRAM ist langsam aber sicher dabei vom Markt zu verschwinden und DDR RAM hat sich als Standard durchgesetzt. Der folgende Artikel wird sich mit den wichtigsten Eigenschaften und den Unterschieden bzw. Gemeinsamkeiten der verschiedenen Arbeitsspeichertypen beschäftigen. Hierbei wird ein besonderes Augenmerk auf das aktuell stark verbreitete DDR RAM gelegt, aber auch dessen Nachfolger DDR2 bleibt nicht unbeachtet. Zur Komplettierung werden auch SDRAM, RDRAM sowie ältere Speichertypen zum Vergleich herangezogen. Wer mit diesen Begriffen nichts anfangen kann oder einfach mal wissen möchte was sich hinter den Abkürzungen wie RAS oder CAS verbirgt, ist bei diesem Artikel genau richtig. Wenn Sie also beim Thema Speicher auf dem Laufenden sein wollen, sind die nächsten Seiten für Sie Pflichtlektüre.

Was verbirgt sich hinter dem Begriff RAM? Diese Frage ist noch recht einfach zu Beantworten. RAM ( Random Access Memory ) zu deutsch „Speicher mit wahlfreiem Zugriff“, ist der Ausdruck welcher sich als Synonym für die Bezeichnung des Arbeitsspeichers in Computern entwickelt hat. Wahlfreier Zugriff ist hierbei als die Möglichkeit auf dem Speicher zu Lesen und zu Schreiben zu verstehen. Der Arbeitsspeicher dient als Schnittstelle zwischen dem Prozessor und anderen Datenträgern wie Festplatte oder CDROM und ist zur Zwischenspeicherung von Daten gedacht. Der Grund dafür ist, dass der Arbeitsspeicher Daten sehr viel schneller liefern kann als andere Datenträger, und somit immer wichtiger wird, je höher die Prozessoren getaktet sind und umso schneller nach Daten verlangt wird. Im Gegensatz zu Festplatte und Co ist RAM flüchtig. Mit anderen Worten verliert er seine gespeicherten Informationen beim Abschalten der Versorgungsspannung.

Technische Grundlagen

Die Basics

Trotz der unterschiedlichen Herstellungsverfahren haben die verschiedenen aktuellen Speicherarten, die als Arbeitsspeicher verwendet werden, intern einiges gemeinsam. Allem voran der Aufbau der einzelnen Speicherzellen. Die Form des bis heute eingesetzten Speichers nennt man  Dynamic Random Access Memory. Abgekürzt DRAM, wobei das "dynamic" als Begriff dafür steht, dass es aufgrund seiner einfachen Bauweise seinen Inhalt auch beim Anliegen der Versorgungsspannung verlieren kann.

Daneben gibt es auch andere Formen von Speicher, so z.B. das Static RAM das zwar seinen Inhalt nicht verlieren kann, zumindest solange es mit Spannung versorgt wird, aber wesentlich mehr Bauelemente pro Speicherzelle benötigt und aus Platz- sowie Kostengründen nicht als Arbeitsspeicher eingesetzt wird. Natürlich handelt es sich beim statischem RAM auch um flüchtigen Speicher, der beim Fehlen der Versorgungsspannung seine Daten verliert, jedoch kann dies nicht passieren solange es mit Spannung versorgt wird, was beim dynamischem RAM durchaus vorkommen kann. Man braucht sich jetzt aber keine Sorgen darum zu machen, dass der Arbeitsspeicher fortlaufend die Daten verlieren wird, denn es wird ein bestimmtes Verfahren eingesetzt um sie zu erhalten, aber dazu müssen wir uns den Aufbau und die Funktionsweise von DRAMs genauer anschauen. 

Diese bestehen aus einem Kondensator, der als Speicher für das Datenbit dient, sowie einem Transistor, welcher die Lese- und Schreibzugriffe steuert. Am Gate des Transistors ist das Zeilensignal und am Emitter das Spaltensignal angelegt. Nun kann es aufgrund des sehr einfachen Aufbaus durch so genannte Leckströme dazu kommen, dass sich die Ladung des Kondensators verändert. Um dies zu verhindern, muss die Ladung jeder Speicherzelle in regelmäßigen Abständen wieder aufgefrischt werden, was man als Refresh bezeichnet.

Während eines Refresh Zyklus ist der Inhalt des Speichers nicht verfügbar. Aufgrund dessen muss diese Zeit möglichst kurz gehalten werden, um den Speicher nicht unnötig lange zu blockieren. Daher erfolgt der Refresh eines Speichers immer zeilenweise. Selbiges gilt auch für das Lesen von einer Speicherzelle. Dieser wird ebenfalls immer zeilenweise gelesen. Der Nachteil dabei ist, dass der Erstzugriff auf eine Zeile, aufgrund des Vorladens der ganzen Zeile, etwas länger dauert. Der daraus resultierende Vorteil ist, dass Folgezugriffe auf die Zeile sehr viel schneller von statten gehen.

Eine Technik, welche hilft Speicherzugriffe weiter zu beschleunigen, ist das Interleave. Hierbei wird das Speichermodul in Bänke unterteilt, wobei eine Bank die geraden und die andere die ungeraden Speicheradressen enthält. Der Vorteil liegt hier bei den Speicherzugriffen mit aufsteigender Adressfolge, zumal eins der Speicherbänke bereits geladen werden kann, während noch auf die andere zugegriffen wird. Die somit eingesparte Vorladezeit ist etwa ein Drittel der gesamten Zugriffszeit. Zu Zeiten von EDO RAM waren hierfür noch 2 Speichermodule nötig, aber seit Einführung des SDRAM ist dies bereits mit einem Modul realisierbar, da dieses sich intern aufteilt. Um das Speichermanagement weiter zu vereinfachen und zu beschleunigen, wird nicht jede Zelle einzeln adressiert, sondern es erfolgt eine Unterteilung in Speicherblöcke (z.B. 32Byte). Diese werden dann allesamt ausgelesen.

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