RAM

Der RAM ist der Arbeitsspeicher. Alle Daten, die der PC benutzt werden hierhin geladen. Bis dahin liegen sie nur auf Laufwerken wie der Festplatte oder Disketten. Braucht der Prozessor nun bestimmte Daten, werden sie gelesen und im RAM abgelegt. Der RAM besteht aus Chips. Es gibt folgende Aspekte beim RAM:

§                     RAM-Varianten (FPM, EDO, ECC, und SD RAM)
§                     RAM-Module (SIMM und DIMM) in verschiedenen Versionen
§                     Der RAM und der System-Bus

Lassen Sie uns zunächst einen Blick zurück werfen. Vor nicht allzu langer Zeit sagte Bill Gates, dass man mit einem Megabyte Arbeitsspeicher ewig auskommen würde. Das stellte sich als nicht ganz richtig heraus.

Geschichte

In den 80ern wurden PCs mit 64 KB, 256 KB, 512 KB und endlich mit 1 MB RAM ausgestattet. Denken Sie an den C 64. Er hatte 64 KB RAM und funktionierte tadellos. Um 1990 erschienen neue Betriebssysteme wie Windows auf dem Markt. Das RAM-Wettrennen begann. Man brauchte immer mehr Arbeitsspeicher. Mit dem neuen 386er Prozessor ging das sehr gut; er konnte mehr RAM handhaben als seine Vorgänger. Der erste Windows-Rechner konnte 2 MB RAM nutzen, bald darauf wurden 4 MB Standard. Das Rennen ging weiter, die Preise fielen drastisch. Die Gegenwart. Weniger als 32 MB RAM zu benutzen wäre dumm. Der ambitionierte Anwender hat gar 128 MB. In Modul6b wird die Swap-Datei von Windows erklärt, die mit dem Arbeitsspeicher zu tun hat. Windows 98 ist etwas effizienter im Umgang mit RAM, trotzdem gilt: je mehr RAM, desto besser.

Der "traditionelle" RAM ist DRAM (dynamischer RAM). Die andere Variante ist SRAM (statischer RAM). SRAM behät die in ihm abgelegten Informationen von selbst, während DRAM alle paar Millisekunden neu beschrieben werden muss um den Inhalt nicht zu "vergessen". DRAM besteht aus winzigen Kondensatoren, SRAM wird aus vielen an/aus-Schaltern zusammengesetzt. Daher ist SRAM viel schneller als DRAM. SRAM hat eine sehr kurze Reaktionszeit - bis zu vier Nanosekunden (vier milliardstel Sekunden). DRAM ist billiger herzustellen aber langsamer. Es sind mehrere DRAM-Arten entwickelt worden:

FPM war der verbreitete RAM-Typ bevor es EDO-RAM gab. Er wird auf SIMM-Module mit je 2, 4, 8, 16 oder 32 MB gelötet. SIMM-Module sind die kleinen "Steckkarten", die in den RAM-Slots stecken. Dieser RAM hat normalerweise eine Zugriffszeit von 60 oder 70 Nanosekunden. Das ist die Zeit, die vergeht zwischen dem Befehl des Prozessors, ein Datenpaket zu lesen oder zu schreiben und dem Moment wenn das Schreiben oder Lesen beendet ist. Man verwendet praktisch nur die schnellere Variante mit 60 ns. RAM-Module mit unterschiedlicher Geschwindigkeit kann man nicht gleichzeitig benutzen. EDO ist eine Verbesserung gegenüber FPM. Die Daten werden hier schneller gelesen. Beim Wechsel von FPM zu EDO kann man mit einem Leistungsschub von 2 bis 5 Prozent rechnen. EDO-RAM wird für gewöhnlich mit 60 ns Zugriffszeit verkauft. Es gibt auch eine teurere Variante mit 50 ns. ECC-RAM ist eine spezielle Variante mit zusätzlichen Mechanismen zur Fehlerkorrektur. Er wird hauptsächlich in Servern benutzt.

SDRAM ist der neueste RAM-Typ für PCs. Es gibt ihn nur in 64 Bit-Modulen, das sind lange Steckkärtchen mit 168 Kontakten. 64 Bit deshalb, weil mit jedem Zugriff 64 Bit auf einmal gelesen oder geschrieben werden, im Gegensatz zu 32 oder weniger Bit bei früheren Modulen. Die Zugriffszeit beträgt hier nur 7 bis 12 ns. Der Leistungsschub gegenüber EDO-RAM ist unterschiedlich: Bei 66 MHz Systembustakt (nicht Prozessortakt) sind es nur 5 Prozent, aber bei 100 MHz weit mehr. Der Arbeitsspeicher muss nämlich synchron zum Systembus betrieben werden, und wenn der Bus langsamer ist, muss der Arbeitsspeicher ständig warten. RAMBUS (RDRAM) ist eine zukünftige Variante. Intel und andere Firmen setzen grosse Hoffnungen in diesen RAM-Typ.

8 oder 9 Bit pro Byte ?

Für gewöhnlich hat jedes Byte 8 Bit. Viele Jahre wurde ein neuntes Bit als Paritätsbit dazugenommen. Es diente der Fehlerkorrektur. Bei den alten 8 Bit-Modulen mit 30 Kontakten musste man also 9 Bit übertragen um 8 Bit zu speichern. Bei den neueren 32 Bit-Modulen mit 72 Kontakten müssen je 36 Bit übertragen werden um 32 Bit zu speichern. Dieser Umstand macht den RAM um zwölf Prozent teurer. Wenn Ihr Motherboard 36 Bit-Module braucht, können Sie nichts machen. Neuere Boards können aber 32 Bit-Module nutzen.

Man kann nicht jeden beliebigen RAM-Typ einsetzen. Der RAM wird vom Chipsatz auf dem Motherboard gesteuert, daher muss man den zum Chipsatz passenden RAM benutzen. Ausserdem gibt es die RAM-Chips in verschiedenen Grössen, auch die muss zum Motherboard passen. Heute werden die RAM-Chips auf SIMM- oder DIMM-Module gelötet. Früher wurden die Chips direkt auf das Motherboard gesteckt, üblicherweise 36 Chips. Das machte es schwierig, neuen RAM zu installieren. Dann kam jemand auf die Idee, den RAM als kleine Steckkarten einzubauen, die man einfach auf das Board stecken konnte. Zunächst kamen SIPP-Module mit kleinen Beinchen wie ein Prozessor. Dann folgten SIMM-Module. Diese haben einen "Edge Connector", das heisst, sie werden wie Erweiterungskarten (Grafik- oder Soundkarten) auf das Board gesteckt. Das kann jeder selber machen.

Die Geschwindigkeit des RAM wird in Nanosekunden (ns) angegeben. Je weniger Nanosekunden, desto schneller der RAM. Frühere RAM-Varianten hatten 150, 120, 100 und 80 ns. Heute sind es 8 ns und weniger. Es recht schwierig, den Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit des RAM und des Systembus zu erklären. Ich werde dazu später ein paar Bemerkungen machen. Zunächst eine Tabelle, die die zeigt, wie schnell der RAM bei verschiedenen System-Takten maximal sein darf:

Hier die maximalen Übertragungsraten der verschiedenen RAM-Typen. Die Zahlen stellen die höchstmögliche Transferrate vom RAM zum L2-Cache des Prozessors dar. Diese Raten treten immer nur kurz auf, nicht kontinuierlich.