A memória RAM (Random Access Memory) é a forma mais conhecida de memória de computador. A memória RAM é considerada de "acesso aleatório" porque é possível acessar diretamente qualquer célula da memória se você conhece a linha e a coluna que cruzam essa célula.
O oposto da memória RAM é a memória de acesso serial (SAM). A memória SAM armazena dados como uma série de células de memória que podem somente ser acessadas seqüencialmente (como uma fita cassete). Se o dado não está na localização atual, cada célula da memória é verificada até que os dados necessários sejam encontrados. A memória SAM funciona muito bem para buffers de memória, onde os dados são normalmente armazenados na ordem em que serão usados (um bom exemplo é a memória buffer de textura em uma placa de vídeo). Os dados RAM, por outro lado, podem ser acessados em qualquer ordem.
Neste artigo, você vai aprender tudo sobre o que é a memória RAM, que tipo deve comprar e como instalá-la.
RAM dinâmica
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Semelhante a um microprocessador, um chip de memória é um circuito integrado (CI), feito de milhões de transistores e capacitores. Na forma mais comum de memória de computador, a memória de acesso aleatório dinâmico (DRAM), um transistor e um capacitor são unidos para criar uma célula de memória, que representa um único bit de dados. O capacitor mantém o bit de informação: um 0 ou um 1. O transistor age como uma chave que permite ao circuito de controle no chip de memória ler o capacitor ou mudar seu estado.
Um capacitor é como um pequeno balde capaz de armazenar elétrons. Para armazenar um 1 na célula de memória, o balde é preenchido com elétrons. Para armazenar um 0, ele é esvaziado. O problema com o balde do capacitor é que ele tem um vazamento. Em questão de poucos milésimos de segundos, um balde cheio fica vazio. Portanto, para a memória dinâmica funcionar, a CPU ou o controlador de memória tem de carregar todos os capacitores mantendo um 1 antes que eles descarreguem. Para isto, o controlador de memória lê a memória e então grava nela de volta. Esta operação de atualização (mais conhecida como refrescamento) acontece automaticamente, milhares de vezes por segundo.
O capacitor em uma célula de memória DRAM é como um balde furado.Ele precisa ser refrescado periodicamente ou descarregará para 0.
O nome DRAM vem desta operação de refrescamento. A memória DRAM tem de ser refrescada de forma dinâmica, constantemente, ou perde o que está guardando. O aspecto negativo de todo esse refrescamento é que leva tempo e deixa a memória lenta.
As células de memória são gravadas em uma pastilha de silício em uma série de colunas (bitlines) e linhas (wordlines). O cruzamento de um bitline e um wordline constitui o endereço da célula de memória.
memória é feita de bits dispostos em uma grade de duas dimensões.Nesta figura, as células vermelhas representam os 1s e as células brancas representam os 0s.Na animação, uma coluna é selecionada e então as linhas são carregadas para gravar os dados na coluna específica.
A memória DRAM funciona enviando uma carga através da coluna apropriada (CAS) para ativar o transistor de cada bit na coluna. Ao gravar, as linhas contêm o estado que o capacitor deve assumir. Ao ler, um amplificador de sinal, determina o nível de carga no capacitor. Se for maior que 50%, ele o lê como um 1, caso contrário, ele o lê como um 0. Um contador guarda a seqüência de refrescamento baseado na ordem na qual as linhas foram acessadas. A duração de tempo necessária para fazer tudo isso é tão curta que é expressada em nanosegundos (bilionésimos de um segundo). Um chip de memória de 70 ns leva 70 nanosegundos para ler e recarregar completamente cada célula.
As células de memória sozinhas seriam inúteis se não houvesse alguma maneira de obter e inserir informações nelas. As células de memória têm uma estrutura inteira de apoio composto por outros circuitos especializados. Esses circuitos realizam funções como:
identificar cada linha e coluna (selecionar o endereço da linha e selecionar o endereço da coluna);
manter atualizada a seqüência de refrescamento (contador);
ler e rearmazenar o sinal de uma célula (amplificador de sinal);
dizer a uma célula se deve levar uma carga ou não (habilitador de gravação);
Outras funções do controlador de memória abrangem uma série de tarefas como identificação do tipo, velocidade e quantidade de memória e a verificação de erros.
RAM estática
A RAM estática usa uma tecnologia totalmente diferente. Na RAM estática, uma forma de flip-flop contém cada bit de memória. Um flip-flop para uma célula de memória utiliza 4 ou 6 transistores mais alguns fios, mas nunca tem de ser refrescado. Isto torna a RAM estática significativamente mais rápida que a RAM dinâmica. Entretanto, como ela tem mais componentes, ocupa também muito mais espaço em um chip que uma célula de memória dinâmica. Portanto, você pode ter menos memória por chip, o que torna a RAM estática muito mais cara.
A RAM estática é rápida e cara, enquanto a DRAM é mais barata e mais lenta. A RAM estática é usada para se criar cache de velocidade compatível com a CPU, enquanto a DRAM se constitui no grande sistema de memória RAM.
Originalmente, os chips de memória nos computadores de mesa (desktops) usavam uma configuração de pinos chamada de encapsulamento em linha dupla (DIP - Dual Inline Packcage). Esta configuração de pinos podia ser soldada em orifícios na placa-mãe do computador ou encaixada a um soquete soldado à placa-mãe. Este método funcionou muito bem enquanto os computadores operavam com alguns megabytes ou menos de memória RAM. Mas como a necessidade de memória cresceu, o número de chips buscando espaço na placa-mãe aumentou.
A solução foi colocar os chips de memória, assim como todos os componentes de apoio, em uma placa de circuito impresso (PCB - Printed Circuit Board) separada, que pudesse ser encaixada a um conector especial (banco de memória) na placa-mãe. A maioria desses chips usa uma configuração de pinos do tipo SOJ (Small Outline J-lead), mas alguns poucos fabricantes também usam a configuração de TSOP (Thin Small Outline Package). A diferença-chave entre estes tipos de pinos mais recentes e a configuração DIP original é que os chips SOJ e TSOP são montados na superfície da PCB. Em outras palavras, os pinos são soldados diretamente na superfície da placa e não inseridos nos orifícios ou soquetes.
Em geral, os chips de memória estão disponíveis apenas como parte de uma placa chamada módulo. Você provavelmente já viu uma memória descrita como 8x32 ou 4x16. Estes números representam o número de chips multiplicado pela capacidade individual de cada chip, medida em megabits (Mb), ou um milhão de bits. Pegue o resultado e divida-o por 8 para chegar ao número de megabytes nesse módulo. Por exemplo, 4x32 significa que o módulo tem 4 chips de 32 megabits. Multiplique 4 por 32 e obterá 128 megabits. Já que sabemos que um byte tem 8 bits, precisamos dividir nosso resultado de 128 por 8. Nosso resultado é 16 megabytes.
História e evolução.
O tipo de placa e conector usados para a memória RAM nos computadores de mesa evoluíram com o passar dos anos. Os primeiros modelos foram patenteados, o que significou que os diversos fabricantes de computadores desenvolveram placas de memória que somente podiam funcionar com seus sistemas específicos. Então surgiu o SIMM (single in-line memory module). Essa placa de memória usava um conector de 30 pinos, e seu tamanho era de aproximadamente 9 x 2 cm. Na maioria dos computadores, você tinha de instalar os SIMMs em pares com capacidade e velocidade iguais. Isto porque a largura do barramento é maior que um único SIMM. Por exemplo, você podia instalar dois SIMMs de 8 megabytes (MB) para conseguir uma memória total de 16 megabytes de RAM. Cada SIMM podia enviar 8 bits de dados de uma vez, enquanto o barramento de sistema podia manipular bits de uma vez. Já as placas SIMM mais modernas, um pouco maiores (aproximadamente 11 x 2,5 cm), usavam um conector de 72 pinos para aumentar a capacidade de transferência, o que permitia memórias RAM de até 256 MB.
De cima para baixo: módulos de memória SIMM, DIMM e SODIMM
Conforme os processadores aumentaram em velocidade e capacidade de transferência, a indústria adotou o novo padrão de módulo de memória, o DIMM (dual in-line memory module). Com um enorme conector de 168 pinos ou 184 pinos e um tamanho de 14 x 2,5 cm, as DIMMs variam em capacidade de 8 MB a 1 GB por módulo e podem ser instaladas sozinhas (e não em pares). A maioria dos módulos de memória do PC e os módulos para os sistemas Mac G5 opera com 2,5 volts, enquanto os sistemas Mac G4 mais antigos, em geral, usam 3,3 volts. Um outro padrão, o módulo de memória RIMM (Rambus in-line memory module), é comparável em tamanho e configuração de pinos à DIMM, mas usa um barramento de memória especial para aumentar muito a velocidade.
Muitas marcas de notebooks usam módulos de memória proprietários, mas vários fabricantes usam a memória baseada na configuração de módulo de memória SODIMM (small outline dual in-line memory module). As placas SODIMM são pequenas (aproximadamente 5 x 2,5 cm) e têm 144 ou 200 pinos. A capacidade varia de 16 MB a 1 GB por módulo. Para conservar espaço, o computador Apple iMac usa placas SODIMMs em vez das tradicionais DIMMs. Os notebooks menores usam até mesmo DIMMs menores, conhecidas como MicroDIMMs, que têm 144 ou 172 pinos.
A maioria das memórias disponíveis hoje é altamente confiável. A maioria dos sistemas possui um controlador de memória que verifica erros ao iniciar. Em geral, os chips de memória com verificação embutida de erros usam um método conhecido como paridade para verificar erros. Os chips de paridade têm um bit extra para cada 8 bits de dados. A maneira como a paridade funciona é simples. Vamos dar uma olhada na paridade par primeiro.
Quando os 8 bits em um byte recebem dados, o chip contabiliza o número total de 1s. Se o número total de 1s é ímpar, o bit de paridade é definido como 1. Se o total é par, o bit de paridade é 0. Quando os dados são lidos de volta dos bits, o total é contabilizado novamente e comparado com o bit de paridade. Se o total é ímpar e o bit de paridade for 1, então os dados são admitidos como válidos e enviados para a CPU. Mas se o total é ímpar e o bit de paridade é 0, o chip reconhece que há um erro em algum lugar nos 8 bits e descarta os dados. A paridade ímpar funciona do mesmo modo, mas o bit de paridade é definido como 1 quando o número total de 1s no byte é par.
O problema com a paridade é que ela descobre erros, mas não faz nada para corrigi-los. Se um byte de dados não combina com seu bit de paridade, então os dados são descartados e o sistema tenta novamente. Os computadores em aplicações críticas necessitam de um nível mais elevado de tolerância de erros. Os servidores de alto desempenho freqüentemente têm uma forma de verificação de erros conhecida como ECC (error-correction code). Como a paridade, o ECC usa bits extras para verificar os dados em cada byte. A diferença é que o ECC usa vários bits para a verificação de erros (a quantidade depende da largura do barramento) em vez de um. A memória de ECC usa um algoritmo especial não somente para detectar erros de bit isolados, mas, na verdade, para corrigi-los também. A memória ECC também detecta ocorrências quando mais que um bit de dado falha em um byte. Essas falhas são muito raras e não são corrigíveis, mesmo com a memória ECC.
A maioria dos computadores vendidos hoje usa chips de memória sem paridade. Esses chips não possuem qualquer tipo de verificação de erro embutido, mas, em vez disso, se apóiam no controlador de memória para a detecção de erros.
Veja a seguir alguns tipos comuns de memória RAM.
SRAM: a memória RAM estática usa múltiplos transistores, em geral de 4 a 6, para cada célula de memória, mas não tem um capacitor em cada célula. Ela é usada principalmente para o cache.
DRAM: a memória RAM dinâmica tem as células de memória com um transistor e um capacitor associado, que exige um refrescamento constante.
FPM DRAM: a memória RAM de modo de paginação rápida (Fast Page Mode) foi a forma original da DRAM. Ela espera o processo inteiro de localização do bit de dado por coluna e linha e então lê o bit antes de começar a ler o próximo. A taxa de transferência máxima para o cache L2 é de aproximadamente 176 MB/s.;
EDO DRAM: a memória DRAM de saída estendida (Extended Data-Out) não espera todo o processo do primeiro bit para seguir para o próximo. Tão logo o endereço do primeiro bit é encontrado, a EDO DRAM começa a procurar o próximo bit. Ela é aproximadamente 5% mais rápida que a FPM. A taxa de transferência máxima para o cache L2 é de aproximadamente 264 MB/s.
SDRAM: a memória DRAM síncrona leva vantagem no conceito de modo burst para melhorar muito o desempenho. Ela faz isto ficando na linha que contém o bit requisitado e movendo-se rapidamente através das colunas, lendo cada bit conforme ele passa. A idéia é que a maior parte do tempo os dados requisitados pela CPU serão seqüenciais. A memória SDRAM é aproximadamente 5% mais rápida que a EDO RAM. A taxa de transferência máxima para o cache L2 é de aproximadamente 528 MB/s.
DDR SDRAM: a memória SDRAM com taxa de transferência de dados duplaDouble Data Rate) é igual à SDRAM, exceto que esta tem uma largura de banda maior, o que significa mais velocidade. A taxa de transferência máxima para o cache L2 é de aproximadamente 1.064 MB/s (para DDR SDRAM 133 MHZ). (
RDRAM: a memória Rambus DRAM é um desvio radical da arquitetura prévia da memória DRAM. Projetada pela
Rambus (em inglês), a RDRAM usa um módulo de memória RIMM, similar em tamanho e configuração de pinos a uma DIMM padrão. O que faz a RDRAM tão diferente é que ela usa um barramento de dados de alta velocidade especial chamado canal Rambus. Os chips de memória RDRAM funcionam em paralelo para atingir uma taxa de dados de 800 MHz, ou 1.600 MB/s. Já que operam em velocidades altas, geram muito mais calor que outros tipos de chips. Para prevenir o excesso de calor, os chips Rambus vêm com um dissipador de calor, que parece uma lâmina longa e fina. Assim como há versões menores de DIMMs, também há SO-RIMMs projetados para notebooks.
Memória de cartão de crédito: a memória de cartão de crédito é um módulo de memória DRAM autocontida proprietária que se conecta a um slot especial para uso em notebooks.
Memória de cartão PCMCIA: outro módulo de memória DRAM autocontida para notebooks, os cartões deste tipo não são proprietários e devem funcionar em qualquer notebook cujo barramento de sistema combine com a configuração do cartão de memória.
CMOS RAM: CMOS RAM é um termo para a pequena quantidade de memória usada por seu computador e alguns dispositivos para lembrar coisas como configurações do disco rígido. para mais detalhes. Esta memória usa uma pequena bateria para fornecer a energia necessária para manter o conteúdo da memória.
VRAM: vídeo RAM, também conhecida como memória DRAM, é um tipo de memória RAM usada especificamente por adaptadores de vídeo ou aceleradores 3-D. O termo "multiporta" é usado porque a VRAM normalmente tem duas portas de acesso independentes em vez de uma, o que permite à CPU e ao processador gráfico acessar a memória RAM simultaneamente. A VRAM é encontrada em placas de vídeo e vem em uma variedade de formatos, muitos dos quais são proprietários. A quantidade de VRAM é um fator determinante na resolução e profundidade de cor do monitor. A VRAM também é usada para guardar informações gráficas específicas como dados geométricos 3-D e mapas de texturas. Como a VRAM multiporta verdadeira tende a ser cara, atualmente muitos cartões gráficos usam a SGRAM (RAM gráfica e síncrona) em vez da VRAM. O desempenho é quase o mesmo, mas a SGRAM é mais barata.
